図1は、本発明の第1実施形態に係るイオンビーム計測装置10の一構成例を模式的に示す図である。イオンビームの入射を直接受ける検出面をもつ接触式の計測器とは異なり、イオンビーム計測装置10は、測定ビーム12をイオンビーム14に照射することにより非接触式のイオンビーム計測を提供する。言い換えれば、イオンビーム計測装置10は、イオンビーム14の作用した測定ビーム12を検出することにより間接的にイオンビーム14を計測する。イオンビーム14自体の照射を受ける検出器は、イオンビーム計測装置10の必須の構成要素ではない。その測定原理を図1を参照して説明する。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an ion beam measurement apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. Unlike a contact-type measuring instrument having a detection surface that directly receives an ion beam, the ion beam measurement apparatus 10 provides non-contact ion beam measurement by irradiating the ion beam 14 with the measurement beam 12. In other words, the ion beam measurement apparatus 10 indirectly measures the ion beam 14 by detecting the measurement beam 12 on which the ion beam 14 has acted. The detector that receives the irradiation of the ion beam 14 itself is not an essential component of the ion beam measurement apparatus 10. The measurement principle will be described with reference to FIG.
イオンビーム計測装置10は、イオンビーム14を照射するためのイオンビーム照射システム(例えばイオン注入装置や粒子線治療装置)に、イオンビーム14を計測するためのサブシステムとして組み込まれて構成されていてもよい。または、イオンビーム計測装置10は、独立型のいわゆるスタンドアローン型の計測装置として構成されてもよい。
The ion beam measurement apparatus 10 is configured to be incorporated as a subsystem for measuring the ion beam 14 in an ion beam irradiation system (for example, an ion implantation apparatus or a particle beam therapy apparatus) for irradiating the ion beam 14. Also good. Alternatively, the ion beam measurement apparatus 10 may be configured as a stand-alone measurement apparatus that is a stand-alone type.
図1並びに以下で参照する各図において説明の便宜上、イオンビーム14の進行方向をz方向とし、z方向に垂直な面をxy面と定義する。後述するようにイオンビーム14を被処理物16に対し走査する場合には走査方向をy方向とし、z方向及びy方向に垂直な方向をx方向と定義する。イオンビーム14を走査したときにイオンビーム14の中心軸の描く軌跡によって、イオンビーム14の走査面(例えばyz面)が定義される。イオンビーム14は実際にはある大きさのビーム断面をもつから、その大きさの範囲で上下(例えばx方向)に走査面から離れた位置にもイオンビームは照射される。それを考慮に入れると、走査によるイオンビーム14の通過領域は走査面の上下に広がる立体的な領域であると言える。
For convenience of explanation in FIG. 1 and each drawing referred to below, the traveling direction of the ion beam 14 is defined as the z direction, and the plane perpendicular to the z direction is defined as the xy plane. As will be described later, when the ion beam 14 is scanned with respect to the workpiece 16, the scanning direction is defined as the y direction, and the z direction and the direction perpendicular to the y direction are defined as the x direction. The scanning plane (for example, yz plane) of the ion beam 14 is defined by the locus drawn by the central axis of the ion beam 14 when the ion beam 14 is scanned. Since the ion beam 14 actually has a beam cross section of a certain size, the ion beam is also irradiated to a position away from the scanning plane in the size range up and down (for example, the x direction). Taking this into consideration, it can be said that the passage region of the ion beam 14 by scanning is a three-dimensional region extending up and down the scanning plane.
イオンビーム14は被処理物16への照射のために処理室18へと導かれる。一実施例においては、イオンビーム14は被処理物16に連続的に照射される。すなわち、イオンビーム14は、図示しないイオンビーム生成部により所望の目標プロファイル(例えば目標ビーム電流)に従って所望の照射期間連続して生成され被処理物16に照射される。他の一実施例においては、イオンビーム14は、パルスイオンビームであってもよい。
The ion beam 14 is guided to the processing chamber 18 for irradiation of the workpiece 16. In one embodiment, the workpiece 16 is continuously irradiated with the ion beam 14. That is, the ion beam 14 is continuously generated for a desired irradiation period according to a desired target profile (for example, target beam current) by an ion beam generation unit (not shown), and is irradiated on the object 16 to be processed. In another embodiment, the ion beam 14 may be a pulsed ion beam.
イオンビーム計測装置10がイオン注入装置に適用される一実施例においては、被処理物16は半導体基板(例えばシリコンウェーハ)であり、xy面内でイオンビーム14に対し移動可能にまたは静止状態に支持されて処理室18に収容されている。イオンビーム処理のために処理室18は所望の真空状態に保たれており、そのための真空排気装置(例えばクライオポンプまたはその他の真空ポンプ(図示せず))が付設されている。処理室18は例えば真空チャンバまたはプロセスチャンバ等とも呼ばれる。イオン注入装置の場合には処理室18はエンドステーションと呼ばれ、被処理物16はターゲットと呼ばれることもある。
In an embodiment in which the ion beam measuring apparatus 10 is applied to an ion implantation apparatus, the workpiece 16 is a semiconductor substrate (for example, a silicon wafer), and is movable or stationary with respect to the ion beam 14 in the xy plane. It is supported and accommodated in the processing chamber 18. For the ion beam processing, the processing chamber 18 is maintained in a desired vacuum state, and a vacuum exhaust device (for example, a cryopump or other vacuum pump (not shown)) for that purpose is attached. The processing chamber 18 is also called a vacuum chamber or a process chamber, for example. In the case of an ion implantation apparatus, the processing chamber 18 is sometimes called an end station, and the workpiece 16 is sometimes called a target.
なお処理室18に必ずしも被処理物16が収容されていなくてもよく、処理室18は被処理物16に入射すべきイオンビーム14に測定ビーム12を照射するための照射室または計測室として構成されていてもよい。その場合、イオンビーム14の経路に沿って処理室18の下流に被処理物16が配され、処理室18に進入したイオンビーム14は測定ビーム12を経由して処理室18を出射し、被処理物16へと入射してもよい。
The processing chamber 18 does not necessarily contain the object to be processed 16, and the processing chamber 18 is configured as an irradiation chamber or a measurement chamber for irradiating the measurement beam 12 to the ion beam 14 to be incident on the processing object 16. May be. In that case, the workpiece 16 is disposed downstream of the processing chamber 18 along the path of the ion beam 14, and the ion beam 14 that has entered the processing chamber 18 exits the processing chamber 18 via the measurement beam 12, and You may inject into the processed material 16. FIG.
イオンビーム計測装置10は、測定ビーム12を発するための測定ビーム源20を備える。測定ビーム12は、イオンビーム14との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波である。イオンビーム14と測定ビーム12との相互作用は、イオンビーム14による測定ビーム12の吸収、回折、散乱、反射、及び透過のうち少なくともいずれかを含む。なお、イオンビーム計測装置10で使用される測定のための電磁波は、必ずしもビーム即ち指向性をもつ放射でなくてもよく、イオンビーム計測装置10は、イオンビーム14との間に相互作用を生じる波長または波長域をもつ電磁波を放射する放射源を備えてもよい。
The ion beam measurement apparatus 10 includes a measurement beam source 20 for emitting a measurement beam 12. The measurement beam 12 is an electromagnetic wave having a wavelength or wavelength range that causes an interaction with the ion beam 14. The interaction between the ion beam 14 and the measurement beam 12 includes at least one of absorption, diffraction, scattering, reflection, and transmission of the measurement beam 12 by the ion beam 14. The electromagnetic wave for measurement used in the ion beam measurement apparatus 10 does not necessarily have to be a beam, that is, radiation having directivity, and the ion beam measurement apparatus 10 generates an interaction with the ion beam 14. You may provide the radiation source which radiates | emits the electromagnetic wave which has a wavelength or a wavelength range.
一実施例においては、イオンビーム14によって測定ビーム12に生じる相互作用を大きくするために、測定ビーム12のビームスポット(すなわち測定ビーム12の進行方向に垂直な面によるビーム断面)のうちイオンビーム14に照射される領域の割合を大きくする。好ましくは測定ビーム12のスポット径をイオンビーム14の寸法より小さくすることにより、測定ビーム12のビームスポットの全体がイオンビーム14に照射されるようにする。この場合、測定ビーム12のイオンビーム14への照射位置34において測定ビーム12はイオンビーム14に包含される。
In one embodiment, in order to increase the interaction caused by the ion beam 14 on the measurement beam 12, the ion beam 14 of the beam spot of the measurement beam 12 (that is, a beam cross section by a plane perpendicular to the traveling direction of the measurement beam 12) Increase the ratio of the area irradiated to. The spot diameter of the measurement beam 12 is preferably made smaller than the size of the ion beam 14 so that the entire beam spot of the measurement beam 12 is irradiated on the ion beam 14. In this case, the measurement beam 12 is included in the ion beam 14 at the irradiation position 34 of the measurement beam 12 to the ion beam 14.
一方、測定ビーム12のビームスポットが小径である場合には、イオンビーム14の照射位置精度によっては(例えば図1におけるx方向に)照射位置がずれてイオンビーム14が測定ビーム12から外れることも想定される。よって、一実施例においては逆に、測定ビーム12のスポット径をイオンビーム14の寸法より大きくすることにより、測定ビーム12のイオンビーム14への照射位置34においてイオンビーム14が測定ビーム12に包含されるようにしてもよい。このようにすれば、イオンビーム14の照射位置にいくらかの位置ずれが仮に生じても、イオンビーム14と測定ビーム12との交差状態(即ちビーム計測)を継続させやすくなる。
On the other hand, when the beam spot of the measurement beam 12 has a small diameter, depending on the irradiation position accuracy of the ion beam 14 (for example, in the x direction in FIG. 1), the irradiation position may be shifted and the ion beam 14 may deviate from the measurement beam 12. is assumed. Therefore, in one embodiment, conversely, the ion beam 14 is included in the measurement beam 12 at the irradiation position 34 of the measurement beam 12 to the ion beam 14 by making the spot diameter of the measurement beam 12 larger than the dimension of the ion beam 14. You may be made to do. In this way, even if some misalignment occurs at the irradiation position of the ion beam 14, the crossing state (that is, beam measurement) between the ion beam 14 and the measurement beam 12 can be easily continued.
イオンビーム計測装置10は、測定ビーム12を検出するための測定ビーム検出器22を備える。測定ビーム検出器22は、測定ビーム源20から発せられイオンビーム14に照射された測定ビーム12を検出するために設けられている。測定ビーム検出器22は、その検出面に測定ビーム12の入射を受けて検出信号S1を出力するよう構成されている。一実施例においては、測定ビーム検出器22は、測定ビーム12を受光または受信するための受光面または受信機を備える。測定ビーム検出器22は、受光または受信した測定ビーム12の例えば強度に関連する検出信号S1を生成する。
The ion beam measurement apparatus 10 includes a measurement beam detector 22 for detecting the measurement beam 12. The measurement beam detector 22 is provided for detecting the measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20 and irradiated on the ion beam 14. The measurement beam detector 22 is configured to receive the measurement beam 12 on its detection surface and output a detection signal S1. In one embodiment, measurement beam detector 22 includes a light receiving surface or receiver for receiving or receiving measurement beam 12. The measurement beam detector 22 generates a detection signal S1 related to, for example, the intensity of the received or received measurement beam 12.
一実施例においては、測定ビーム源20と測定ビーム検出器22とは、測定ビーム12が測定ビーム源20から発せられイオンビーム14に交差して測定ビーム検出器22に入射するよう配置されている。例えば、測定ビーム12が測定ビーム源20からイオンビーム14を通過して測定ビーム検出器22へと直線的なビーム経路をとるように、測定ビーム源20と測定ビーム検出器22とは、イオンビーム14の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されてもよい。あるいは後述するように、イオンビーム計測装置10は、測定ビーム源20から測定ビーム検出器22へと測定ビーム12を伝達するためのビーム光学系24を備えてもよい。
In one embodiment, the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 are arranged such that the measurement beam 12 is emitted from the measurement beam source 20 and intersects the ion beam 14 and enters the measurement beam detector 22. . For example, the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 may be ion beams so that the measurement beam 12 takes a linear beam path from the measurement beam source 20 through the ion beam 14 to the measurement beam detector 22. The 14 incident paths may be arranged to face each other. Alternatively, as will be described later, the ion beam measurement apparatus 10 may include a beam optical system 24 for transmitting the measurement beam 12 from the measurement beam source 20 to the measurement beam detector 22.
図示されるように測定ビーム12はイオンビーム14に直交して照射されてもよいし、あるいは斜めに交差するように照射されてもよい。直交照射の場合にはイオンビーム14の進行方向に比較的コンパクトにイオンビーム計測装置10を配置することが可能となる点で好ましく、斜め照射の場合には測定ビーム12のイオンビーム14への交差長さを大きくすることができるという点で好ましい。
As shown, the measurement beam 12 may be irradiated perpendicularly to the ion beam 14 or may be irradiated so as to cross obliquely. In the case of orthogonal irradiation, the ion beam measuring device 10 can be arranged relatively compactly in the traveling direction of the ion beam 14, and in the case of oblique irradiation, the measurement beam 12 intersects the ion beam 14. This is preferable in that the length can be increased.
一実施例においては、イオンビーム14のビームスポットよりも広範囲に、例えば被処理物16の表面全域または所望のイオンビーム照射領域にイオンビーム14を照射するために、イオンビーム14は少なくとも一方向に走査されてもよい。イオンビーム14の走査のために、イオンビーム走査制御部(図示せず)が設けられていてもよい。例えば図1に矢印28で示されるように、イオンビーム14はy方向に往復移動されてもよい。なおイオンビーム14を走査するとともに、またはそれに代えて、被処理物16がイオンビーム14に対し移動されてもよい。
In one embodiment, in order to irradiate the ion beam 14 in a wider range than the beam spot of the ion beam 14, for example, the entire surface of the workpiece 16 or a desired ion beam irradiation region, the ion beam 14 is at least in one direction. It may be scanned. An ion beam scanning control unit (not shown) may be provided for scanning the ion beam 14. For example, as indicated by an arrow 28 in FIG. 1, the ion beam 14 may be reciprocated in the y direction. Note that the workpiece 16 may be moved with respect to the ion beam 14 while scanning the ion beam 14 or instead of the scanning.
イオンビーム14が走査される一実施例においては、測定ビーム12は、イオンビーム14の走査方向(図1においてはy方向)とイオンビーム14の進行方向(z方向)とにより定まる走査面(yz面)に沿ってイオンビーム14に照射されることが好ましい。測定ビーム12の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。通常は、測定ビーム12の経路は、走査によるイオンビーム14の通過領域を横断するように定められれば十分である。このようにすれば、イオンビーム14がいずれの走査位置にあるときにも(つまり走査範囲全体にわたって)イオンビーム14に測定ビーム12を照射することができる。すなわち、イオンビーム14の走査移動中に継続してイオンビーム14を計測することができる。
In an embodiment in which the ion beam 14 is scanned, the measurement beam 12 has a scanning plane (yz) determined by the scanning direction of the ion beam 14 (y direction in FIG. 1) and the traveling direction of the ion beam 14 (z direction). The ion beam 14 is preferably irradiated along the surface. It is not always required that the irradiation direction of the measurement beam 12 be accurately along the scanning plane. Usually, it is sufficient if the path of the measurement beam 12 is determined so as to traverse the passing region of the ion beam 14 by scanning. In this way, the ion beam 14 can be irradiated with the measurement beam 12 when the ion beam 14 is in any scanning position (that is, over the entire scanning range). That is, the ion beam 14 can be continuously measured during the scanning movement of the ion beam 14.
イオンビーム計測装置10は、検出信号S1を含む入力信号に基づき計測結果を与えるための演算処理ユニット26を備えてもよい。演算処理ユニット26は、測定ビーム検出器22とは別体に測定ビーム検出器22から検出信号S1を受信可能に設けられていてもよく、例えば公知のパソコン等の演算装置であってもよい。あるいは演算処理ユニット26は、測定ビーム検出器22に一体に搭載されていてもよい。
The ion beam measurement apparatus 10 may include an arithmetic processing unit 26 for giving a measurement result based on an input signal including the detection signal S1. The arithmetic processing unit 26 may be provided separately from the measurement beam detector 22 so as to be able to receive the detection signal S1 from the measurement beam detector 22, and may be a calculation device such as a known personal computer. Alternatively, the arithmetic processing unit 26 may be integrally mounted on the measurement beam detector 22.
演算処理ユニット26は例えば、検出信号S1に基づきイオンビーム量(例えばビーム電流または注入ドーズ量)の絶対値を演算してもよい。演算処理ユニット26は、検出信号S1に基づきイオンビーム量の基準に対する相対変化量を演算してもよい。演算処理ユニット26は例えば、予め記憶されているイオンビーム量と検出信号S1との関係を表すマップを参照することによりイオンビーム量を求めてもよい。演算処理ユニット26は、検出信号S1またはそこから演算して得た値が予め定められている許容範囲に含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット26は、その判定結果を記憶するか、または警告を出力してもよい。
For example, the arithmetic processing unit 26 may calculate the absolute value of the ion beam amount (for example, the beam current or the implantation dose amount) based on the detection signal S1. The arithmetic processing unit 26 may calculate a relative change amount with respect to a reference of the ion beam amount based on the detection signal S1. For example, the arithmetic processing unit 26 may obtain the ion beam amount by referring to a map representing the relationship between the ion beam amount stored in advance and the detection signal S1. The arithmetic processing unit 26 may determine whether or not the detection signal S1 or a value calculated from the detection signal S1 is included in a predetermined allowable range. If it is determined that it is outside the allowable range, the arithmetic processing unit 26 may store the determination result or output a warning.
好ましい一実施例においては、測定ビーム源20はレーザ光源であり、測定ビーム検出器22はそのレーザ光を検出可能である検出器(例えばフォトダイオード)である。この場合、イオンビーム14と測定ビーム12との相互作用は、イオンビーム14による測定ビーム12の吸収、回折、反射、または散乱である。イオンビーム14への照射位置において測定ビーム12が吸収、回折、反射、または散乱されることにより、イオンビーム14は強度が低下する。イオンビーム14を通過した測定ビーム12の強度は、測定ビーム源20から出た直後に比べて低下する。測定ビーム検出器22は受光した測定ビーム12の強度に応じた検出信号S1を出力する。この測定ビーム12の強度低下はイオンビーム14のイオン密度に相関する。よって、測定ビーム12を検出することによりイオンビーム14の非接触計測が可能となる。物理的な検出素子でイオンビーム14を受光することなく、イオンビーム14を計測することができる。
In a preferred embodiment, the measurement beam source 20 is a laser light source and the measurement beam detector 22 is a detector (eg, a photodiode) that can detect the laser light. In this case, the interaction between the ion beam 14 and the measurement beam 12 is absorption, diffraction, reflection, or scattering of the measurement beam 12 by the ion beam 14. When the measurement beam 12 is absorbed, diffracted, reflected, or scattered at the irradiation position of the ion beam 14, the intensity of the ion beam 14 decreases. The intensity of the measurement beam 12 that has passed through the ion beam 14 is lower than immediately after it exits the measurement beam source 20. The measurement beam detector 22 outputs a detection signal S1 corresponding to the intensity of the received measurement beam 12. This decrease in intensity of the measurement beam 12 correlates with the ion density of the ion beam 14. Therefore, non-contact measurement of the ion beam 14 becomes possible by detecting the measurement beam 12. The ion beam 14 can be measured without receiving the ion beam 14 with a physical detection element.
より好ましい一実施例においては、測定ビーム源20として使用されるレーザ光源は、イオンビーム14に含まれるイオン種の吸収波長に一致する波長またはその吸収波長を含む波長域をもつレーザ光を発するレーザ光源である。言い換えれば、波長に応じて定まるレーザ光の光エネルギーがイオンビーム14のイオン種の吸収エネルギーに等しくなるようにレーザ光源が選択される。このとき、イオンビーム14と測定ビーム12との相互作用はイオンビーム14による測定ビーム12の吸収が支配的である。このようにすれば、イオンビーム14への照射前後で測定ビーム12の強度差を比較的大きくすることが可能であり、イオンビーム計測装置10の測定精度を高めることができる。
In a more preferred embodiment, the laser light source used as the measurement beam source 20 is a laser that emits laser light having a wavelength that matches the absorption wavelength of the ion species contained in the ion beam 14 or a wavelength region that includes the absorption wavelength. Light source. In other words, the laser light source is selected so that the light energy of the laser light determined according to the wavelength becomes equal to the absorption energy of the ion species of the ion beam 14. At this time, the interaction between the ion beam 14 and the measurement beam 12 is dominated by the absorption of the measurement beam 12 by the ion beam 14. In this way, the difference in intensity of the measurement beam 12 before and after irradiation with the ion beam 14 can be made relatively large, and the measurement accuracy of the ion beam measurement apparatus 10 can be increased.
なお、レーザ光の波長はイオンビーム14のイオン種の吸収波長に必ずしも厳密に一致していなくてもよく、実際上ある程度のずれは許容される。イオンビーム計測装置10をイオン注入装置に適用する場合における典型的なイオンビーム14に吸収エネルギーを与えるためには、測定ビーム源20として例えば原子吸光分析法などで用いられている光源が望ましい。
Note that the wavelength of the laser beam does not necessarily exactly match the absorption wavelength of the ion species of the ion beam 14, and a certain amount of deviation is allowed in practice. In order to give absorption energy to a typical ion beam 14 when the ion beam measuring apparatus 10 is applied to an ion implantation apparatus, a light source used in, for example, atomic absorption spectrometry as the measurement beam source 20 is desirable.
また、イオンビーム14による測定ビーム12の回折、反射、または散乱による測定ビーム12の強度変化を測定する態様においては、イオンビーム14の好ましい波長は特定波長または特定の狭帯域には必ずしも制限されない。この場合、測定ビーム12は任意に選択された波長または波長域を有してもよい。
Moreover, in the aspect which measures the intensity | strength change of the measurement beam 12 by the diffraction of the measurement beam 12 by the ion beam 14, reflection, or scattering, the preferable wavelength of the ion beam 14 is not necessarily restricted to a specific wavelength or a specific narrow band. In this case, the measurement beam 12 may have an arbitrarily selected wavelength or wavelength range.
一実施例においては、基準となる参照信号S2を生成するために、イオンビーム14には照射されない参照ビーム30を付加することが好ましい。そのために、イオンビーム計測装置10は、参照ビーム30を発するための参照ビーム源と、参照ビーム30を検出するための参照ビーム検出器と、をさらに備えてもよい。参照ビーム源及び参照ビーム検出器はそれぞれ、測定ビーム源20及び測定ビーム検出器22と同様の構成を備えてもよい。
In one embodiment, it is preferable to add a reference beam 30 that is not irradiated to the ion beam 14 in order to generate a reference signal S2 as a reference. For this purpose, the ion beam measurement apparatus 10 may further include a reference beam source for emitting the reference beam 30 and a reference beam detector for detecting the reference beam 30. The reference beam source and the reference beam detector may have the same configuration as the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22, respectively.
参照ビーム30は測定ビーム12と同一源すなわち測定ビーム源20から放射されてもよい。ビーム源(例えばレーザ光源)から放射されるビームは、仕様の上では均一強度の放射が可能とされていても実際上は時間的にいくらか変動し得る。例えばごく短時間においてビーム強度は揺らぎ得るし、あるいは長期的にもビーム強度は変化し得る。そのため、測定ビーム12と同一源から放射されイオンビーム14を経由しない参照ビーム30と測定ビーム12を対照することにより、そうしたビーム強度の揺らぎまたは経時的変化による計測への影響を軽減または補償することができる。
Reference beam 30 may be emitted from the same source as measurement beam 12, ie, measurement beam source 20. A beam emitted from a beam source (for example, a laser light source) may actually vary somewhat in time even if it is possible to emit a uniform intensity according to specifications. For example, the beam intensity can fluctuate in a very short time, or the beam intensity can change over the long term. Therefore, by comparing the measurement beam 12 with the reference beam 30 that is emitted from the same source as the measurement beam 12 and does not pass through the ion beam 14, the influence on the measurement due to the fluctuation of the beam intensity or the change over time can be reduced or compensated. Can do.
図1に示す一実施例においては、ビーム光学系24は、測定ビーム源20から放射された測定ビーム12から参照ビーム30を分割するためのビームスプリッタ32を備える。ビームスプリッタ32は、測定ビーム12の経路において測定ビーム源20と測定ビーム12のイオンビーム照射位置34との間に設けられており、例えば測定ビーム源20の出射ビームを直接受けるよう測定ビーム源20に対向して配置されている。測定ビーム源20の出射ビームのうち一部が測定ビーム12としてビームスプリッタ32で反射(または透過)され、残りが参照ビーム30としてビームスプリッタ32で透過(または反射)される。
In one embodiment shown in FIG. 1, the beam optics 24 includes a beam splitter 32 for splitting the reference beam 30 from the measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20. The beam splitter 32 is provided between the measurement beam source 20 and the ion beam irradiation position 34 of the measurement beam 12 in the path of the measurement beam 12. For example, the measurement beam source 20 receives the outgoing beam of the measurement beam source 20 directly. It is arranged to face. A part of the outgoing beam of the measurement beam source 20 is reflected (or transmitted) as the measurement beam 12 by the beam splitter 32, and the rest is transmitted (or reflected) by the beam splitter 32 as the reference beam 30.
ビームスプリッタ32は例えばハーフミラーであり、その場合測定ビーム12と参照ビーム30とは等しい強度をもつ。図示の例では、測定ビーム源20からy方向に出射されたビームの半分がそのままy方向に参照ビーム30としてハーフミラーを直進し、残りの半分が測定ビーム12としてハーフミラーにてz方向に折り曲げられる。もしくはイオンビーム14が照射される前に測定ビーム12と参照ビーム30とで信号が等しくなるように測定ビーム検出器22または演算処理ユニット26で校正を行う。
The beam splitter 32 is, for example, a half mirror, in which case the measurement beam 12 and the reference beam 30 have the same intensity. In the example shown in the figure, half of the beam emitted from the measurement beam source 20 in the y direction goes straight through the half mirror as the reference beam 30 in the y direction, and the other half is bent as the measurement beam 12 in the z direction by the half mirror. It is done. Alternatively, calibration is performed by the measurement beam detector 22 or the arithmetic processing unit 26 so that the signals are equal between the measurement beam 12 and the reference beam 30 before the ion beam 14 is irradiated.
ビーム光学系24は、入射ビームを90度折り曲げて反射するための第1折り曲げミラー36を含む。第1折り曲げミラー36は、ビームスプリッタ32でz方向に折り曲げられた測定ビーム12を再びy方向へと反射するようビームスプリッタ32に対向して配置されている。第1折り曲げミラー36で反射された測定ビーム12は、被処理物16のイオンビーム照射側を直進しイオンビーム14を経由して測定ビーム検出器22に入射する。
The beam optical system 24 includes a first bending mirror 36 for bending and reflecting the incident beam by 90 degrees. The first bending mirror 36 is disposed to face the beam splitter 32 so as to reflect the measurement beam 12 bent in the z direction by the beam splitter 32 in the y direction again. The measurement beam 12 reflected by the first bending mirror 36 travels straight on the ion beam irradiation side of the workpiece 16 and enters the measurement beam detector 22 via the ion beam 14.
ビーム光学系24は、入射ビームを90度折り曲げて反射するための第2折り曲げミラー38及び第3折り曲げミラー40を更に含む。参照ビーム30はイオンビーム14を迂回するために被処理物16のイオンビーム非照射側を進む。第2折り曲げミラー38は、ビームスプリッタ32をy方向に直進した参照ビーム30をz方向へと反射するようビームスプリッタ32に対向して配置されている。第3折り曲げミラー40は、第2折り曲げミラー38でz方向に折り曲げられた参照ビーム30を再びy方向へと反射するよう第2折り曲げミラー38に対向して配置されている。第3折り曲げミラー40で反射された参照ビーム30は、測定ビーム検出器22に入射する。
The beam optical system 24 further includes a second bending mirror 38 and a third bending mirror 40 for bending and reflecting the incident beam by 90 degrees. The reference beam 30 travels on the non-irradiated side of the workpiece 16 in order to bypass the ion beam 14. The second bending mirror 38 is disposed so as to face the beam splitter 32 so as to reflect the reference beam 30 straightly traveling in the y direction through the beam splitter 32 in the z direction. The third folding mirror 40 is disposed so as to face the second folding mirror 38 so as to reflect the reference beam 30 folded in the z direction by the second folding mirror 38 again in the y direction. The reference beam 30 reflected by the third bending mirror 40 is incident on the measurement beam detector 22.
このようにしてビーム光学系24は被処理物16を囲む概ね矩形のビーム経路を提供し、その矩形の対角線上に測定ビーム源20及び測定ビーム検出器22が配置されている。処理室18には気体分子がその真空度に応じた密度で存在する。測定ビーム12はこうした気体分子によっても影響を受け、例えば強度が低下する。ビーム光学系24により、測定ビーム12と参照ビーム30とはビーム源から実質的に等しい距離のビーム経路を経て検出器に到達する。そのため、参照ビーム30を基準として用いることにより、真空中に存在するガスの計測への影響を軽減または補償することができる。
In this way, the beam optical system 24 provides a substantially rectangular beam path surrounding the workpiece 16, and the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 are disposed on the diagonal of the rectangle. Gas molecules exist in the processing chamber 18 at a density corresponding to the degree of vacuum. The measuring beam 12 is also affected by such gas molecules, for example the intensity is reduced. The beam optics 24 causes the measurement beam 12 and the reference beam 30 to reach the detector via a beam path that is a substantially equal distance from the beam source. Therefore, by using the reference beam 30 as a reference, it is possible to reduce or compensate for the influence on the measurement of the gas existing in the vacuum.
なお、測定ビーム12及び参照ビーム30の経路長さを合わせるための図示のビーム光学系24の構成は例示にすぎないことは明らかであり、種々の構成が可能である。測定ビーム12へのガスの影響が十分に小さいと評価することができる場合には、測定ビーム12及び参照ビーム30の経路長さは異なっていてもよい。また、十分に均一な強度でビームを放射可能であるビーム源を採用することができる場合には、参照ビーム源は測定ビーム源20とは別個のビーム源であってもよい。
It should be noted that the configuration of the illustrated beam optical system 24 for matching the path lengths of the measurement beam 12 and the reference beam 30 is merely an example, and various configurations are possible. If it can be estimated that the influence of the gas on the measurement beam 12 is sufficiently small, the path lengths of the measurement beam 12 and the reference beam 30 may be different. Further, when a beam source capable of emitting a beam with sufficiently uniform intensity can be adopted, the reference beam source may be a beam source separate from the measurement beam source 20.
参照ビーム検出器は、参照ビーム30の入射を受けて参照ビーム30の例えば強度に関連する参照信号S2を出力するよう構成されている。図示の例においては参照ビーム検出器は測定ビーム検出器22に組み込まれている。測定ビーム検出器22は、少なくとも2つの入出力系統を備えており、そのうち1つにより測定ビーム12を受け付けて検出信号S1を出力し、他の1つにより参照ビーム30を受け付けて参照信号S2を出力する。他の一実施例においては、測定ビーム源20はビームの例えば強度検出機能を有しているか、または測定ビーム源20はビーム検出器を内部または近傍に備えていてもよく、測定ビーム源20またはビーム検出器はその検出信号を参照信号S2として出力してもよい。
The reference beam detector is configured to receive a reference beam 30 and output a reference signal S2 related to the intensity of the reference beam 30, for example. In the example shown, the reference beam detector is integrated in the measurement beam detector 22. The measurement beam detector 22 includes at least two input / output systems, one of which receives the measurement beam 12 and outputs the detection signal S1, and the other one receives the reference beam 30 and receives the reference signal S2. Output. In another embodiment, the measurement beam source 20 has, for example, an intensity detection function of the beam, or the measurement beam source 20 may include a beam detector in or near the measurement beam source 20 or The beam detector may output the detection signal as a reference signal S2.
演算処理ユニット26は、参照信号S2を受信可能に参照ビーム検出器に接続されており、検出信号S1と参照信号S2とに基づいてイオンビーム量を演算してもよい。演算処理ユニット26は、検出信号S1を参照信号S2と対照することによりイオンビーム量に変動が生じたか否かを判定してもよい。演算処理ユニット26は例えば、検出信号S1と参照信号S2との差、または検出信号S1と参照信号S2との比を演算してもよい。こうして得られた信号差S1−S2または信号比S1/S2はイオンビーム量についての相対的な指標を提供する。演算処理ユニット26は、予め定められている許容範囲に演算結果が含まれるか否かを判定してもよい。許容範囲外にあると判定された場合には、演算処理ユニット26は、警告を出力してもよい。
The arithmetic processing unit 26 is connected to the reference beam detector so as to be able to receive the reference signal S2, and may calculate the ion beam amount based on the detection signal S1 and the reference signal S2. The arithmetic processing unit 26 may determine whether or not the ion beam amount has changed by comparing the detection signal S1 with the reference signal S2. For example, the arithmetic processing unit 26 may calculate a difference between the detection signal S1 and the reference signal S2 or a ratio between the detection signal S1 and the reference signal S2. The signal difference S1-S2 or the signal ratio S1 / S2 obtained in this way provides a relative indicator for the amount of ion beam. The arithmetic processing unit 26 may determine whether or not the calculation result is included in a predetermined allowable range. If it is determined that it is outside the allowable range, the arithmetic processing unit 26 may output a warning.
イオンビーム14が走査される一実施例においては、演算処理ユニット26は、イオンビーム14の走査のためのイオンビーム走査制御部(図示せず)からイオンビーム14の走査位置を表す走査位置情報の入力を受けるよう構成されていてもよい。演算処理ユニット26は、ある時点におけるイオンビーム走査位置情報とその時点の検出信号S1とを関連付けることにより、検出信号S1の得られたイオンビーム走査位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム14に変動が生じた走査位置を求めることができる。
In an embodiment in which the ion beam 14 is scanned, the arithmetic processing unit 26 receives scanning position information indicating the scanning position of the ion beam 14 from an ion beam scanning control unit (not shown) for scanning the ion beam 14. It may be configured to receive input. The arithmetic processing unit 26 may specify the ion beam scanning position from which the detection signal S1 is obtained by associating the ion beam scanning position information at a certain time with the detection signal S1 at that time. In this way, the scanning position where the ion beam 14 has changed can be obtained.
イオンビーム計測装置10の動作を説明する。測定ビーム源20から放射された測定ビーム12はビーム光学系24によりイオンビーム照射位置34へと案内される。イオンビーム14に照射された測定ビーム12は測定ビーム検出器22に入射する。測定ビーム検出器22は測定ビーム12の入射を受けて検出信号S1を生成し演算処理ユニット26に出力する。
The operation of the ion beam measuring apparatus 10 will be described. The measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20 is guided to the ion beam irradiation position 34 by the beam optical system 24. The measurement beam 12 irradiated to the ion beam 14 enters the measurement beam detector 22. The measurement beam detector 22 receives the measurement beam 12 and generates a detection signal S 1 and outputs the detection signal S 1 to the arithmetic processing unit 26.
測定ビーム12は主としてイオンビーム14の作用により強度が低下する。また測定ビーム12の強度は測定ビーム源20のビーム放射の安定性及び処理室18におけるガスの存在などの計測系に付随する要因にも影響を受ける。イオンビーム照射位置34に十分な強さのイオンビーム14が存在する場合には、こうした付随的要因に起因するビーム強度低下を上回る強度低下を表す検出信号S1を得ることができる。付随的要因によるイオンビーム強度低下を超えるしきい値を実験的にまたは経験的に予め定めることができる。よって、そのしきい値と検出信号S1とを対照することにより、ビーム強度低下の有無を判定することができる。イオンビーム14の強度が明らかに低下するのは例えば、イオンビーム14が偶発的に点滅または消滅した場合である。よって、少なくともイオンビーム14の偶発的な点滅または消滅を捉えることができる。
The intensity of the measurement beam 12 is reduced mainly by the action of the ion beam 14. The intensity of the measurement beam 12 is also affected by factors associated with the measurement system, such as the stability of the beam radiation of the measurement beam source 20 and the presence of gas in the processing chamber 18. When there is a sufficiently strong ion beam 14 at the ion beam irradiation position 34, it is possible to obtain a detection signal S1 representing an intensity decrease exceeding the beam intensity decrease due to such incidental factors. Thresholds that exceed ion beam intensity degradation due to incidental factors can be predetermined experimentally or empirically. Therefore, by comparing the threshold value with the detection signal S1, it is possible to determine whether or not the beam intensity has decreased. The intensity of the ion beam 14 is clearly reduced, for example, when the ion beam 14 is accidentally blinked or extinguished. Therefore, at least accidental blinking or disappearance of the ion beam 14 can be captured.
参照ビーム30もまた測定ビーム源20から放射され、測定ビーム12と実質的に等距離の光路を経て測定ビーム検出器22に入射する。測定ビーム検出器22は参照ビーム30の入射を受けて参照信号S2を生成し演算処理ユニット26に出力する。参照ビーム30は上記の付随的要因の影響を、測定ビーム12と同様に受けていると評価することができる。そのため、参照信号S2を用いることにより検出信号S1から付随的要因の影響を除去することが可能となる。
A reference beam 30 is also emitted from the measurement beam source 20 and enters the measurement beam detector 22 via an optical path substantially equidistant from the measurement beam 12. The measurement beam detector 22 receives the reference beam 30 and generates a reference signal S 2 and outputs it to the arithmetic processing unit 26. It can be evaluated that the reference beam 30 is affected by the above-mentioned incidental factors in the same manner as the measurement beam 12. Therefore, by using the reference signal S2, it is possible to remove the influence of incidental factors from the detection signal S1.
このようにして、第1実施形態に係るイオンビーム計測装置10によれば、イオンビーム14に相互作用を生じる測定用の放射(例えば電磁波、または光)を使用して、イオンビーム14を被処理物16に照射しながら非接触に計測することができる。一実施例においては、測定用の放射は、測定ビームである。一実施例においては測定用の放射は、電磁波のビームである。
In this way, according to the ion beam measurement apparatus 10 according to the first embodiment, the ion beam 14 is processed by using measurement radiation (for example, electromagnetic waves or light) that interacts with the ion beam 14. It is possible to measure without contact while irradiating the object 16. In one embodiment, the measurement radiation is a measurement beam. In one embodiment, the measurement radiation is a beam of electromagnetic waves.
ところで、パルスイオンビームについては例えばパルスによって生じるイオンビーム周囲での磁場変化からイオンビームを非接触に検知するという別の手法も考えられる。しかし、連続的に放射されるイオンビームについては磁場が定常化し得るから、そうした検知は必ずしも適さない。イオンビーム計測装置10による計測は、パルスイオンビームに限らず連続的なイオンビーム14にも適用できるという点で特に好ましい。
By the way, regarding the pulsed ion beam, for example, another method of detecting the ion beam in a non-contact manner from a magnetic field change around the ion beam caused by the pulse can be considered. However, such detection is not necessarily suitable for a continuously emitted ion beam, since the magnetic field can be stationary. The measurement by the ion beam measurement apparatus 10 is particularly preferable in that it can be applied not only to the pulse ion beam but also to the continuous ion beam 14.
図2は、イオンビーム計測装置10に係る第1変形例を示す図である。図1に示す例においては参照ビーム30を被処理物16のイオンビーム非照射側に迂回させたのに対し、図2には、測定ビーム12及び参照ビーム30の経路を被処理物16のイオンビーム照射側にとる構成例を示す。なお図1はyz面を示すのに対し、図2はxy面を示していることに留意されたい。
FIG. 2 is a diagram illustrating a first modification example of the ion beam measurement apparatus 10. In the example shown in FIG. 1, the reference beam 30 is detoured to the non-irradiated side of the workpiece 16, whereas in FIG. 2, the paths of the measurement beam 12 and the reference beam 30 are the ions of the workpiece 16. A configuration example taken on the beam irradiation side is shown. Note that FIG. 1 shows the yz plane, whereas FIG. 2 shows the xy plane.
図2には、被処理物16へのイオンビーム照射エリア42が示されている。イオンビーム照射エリア42は例えばイオンビーム14(図1参照)の走査範囲を示す。またはイオンビーム照射エリア42は、長手方向(図2においてはy方向)に延びるビーム断面をもつリボン状イオンビーム(または長尺ビームとも呼ばれる)であってもよい。被処理物16は例えば円形の基板であり、その輪郭を破線で図示する。被処理物16は円形基板には限られず、その他の形状例えば矩形の基板であってもよいし、必ずしも板状の部材でなくてもよく任意の三次元形状のイオンビーム照射対象であってもよい。
FIG. 2 shows an ion beam irradiation area 42 to the workpiece 16. The ion beam irradiation area 42 indicates, for example, a scanning range of the ion beam 14 (see FIG. 1). Alternatively, the ion beam irradiation area 42 may be a ribbon-like ion beam (also referred to as a long beam) having a beam cross section extending in the longitudinal direction (y direction in FIG. 2). The workpiece 16 is, for example, a circular substrate, and its outline is illustrated by a broken line. The object to be processed 16 is not limited to a circular substrate, but may be another shape such as a rectangular substrate, or may not necessarily be a plate-shaped member, and may be an ion beam irradiation target having an arbitrary three-dimensional shape. Good.
なお、以下ではリボンビームとの対比のために通常のイオンビーム14をスポットビームと呼ぶこともあるが、これはリボンビームとの比較においてビーム断面がスポット状であることを意味するにすぎず、イオンビーム14が特定のビーム断面形状を有することを限定するものではない。
In the following, for comparison with the ribbon beam, the normal ion beam 14 may be referred to as a spot beam, but this only means that the beam cross section is spot-like in comparison with the ribbon beam. It is not limited that the ion beam 14 has a specific beam cross-sectional shape.
この変形例においては、イオンビーム照射エリア42及びイオンビーム進行方向であるz方向により定まるイオンビーム面において測定ビーム12がイオンビームに照射される。イオンビーム面は、スポットビームのビーム径に応じた厚さをもつビーム照射領域である。その一方、参照ビーム30は被処理物16のイオンビーム照射側においてそのイオンビーム面の面外を迂回する。図示されるように、測定ビーム源20から発せられた測定ビーム12は、ビーム光学系24のビームスプリッタ及びイオンビーム照射エリア42を経由して測定ビーム検出器22へと直線的に入射する。また、測定ビーム源20から発せられビーム光学系24のビームスプリッタにて分岐された参照ビーム30は、ビーム光学系24のミラーで反射されて測定ビーム検出器22へと入射する。このようにしても、参照ビーム30を測定ビーム12と同一源から供給するとともに、測定ビーム12と参照ビーム30とを実質的に等しい距離を経て検出器に到達させることができる。
In this modification, the measurement beam 12 is irradiated to the ion beam on the ion beam surface determined by the ion beam irradiation area 42 and the z direction which is the ion beam traveling direction. The ion beam surface is a beam irradiation region having a thickness corresponding to the beam diameter of the spot beam. On the other hand, the reference beam 30 detours outside the ion beam surface on the ion beam irradiation side of the workpiece 16. As shown, the measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20 is linearly incident on the measurement beam detector 22 via the beam splitter and ion beam irradiation area 42 of the beam optical system 24. The reference beam 30 emitted from the measurement beam source 20 and branched by the beam splitter of the beam optical system 24 is reflected by the mirror of the beam optical system 24 and enters the measurement beam detector 22. In this way, the reference beam 30 can be supplied from the same source as the measurement beam 12, and the measurement beam 12 and the reference beam 30 can reach the detector via a substantially equal distance.
また、図示されるように、イオンビーム照射エリア42の長手方向の寸法を被処理物16の当該方向の幅に収めることも可能である。例えば典型的なイオン注入装置においては被処理物16の片側または両側に接触式検出器(例えばファラデーカップ)が設けられており、この接触式検出器にイオンビームを照射することが事実上必須とされている。そのため、イオンビームの照射エリアは被処理物16の幅よりも長くする必要がある。ところが、本発明の一実施例によればそうした制約を受けずにイオンビーム照射エリア42を被処理物16の照射されるべき領域に合わせて小さくすることができる。こうして、本発明の一実施例によればスループットの向上及びイオン材料の消費量低減が実現される。
Further, as shown in the drawing, the dimension in the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 42 can be accommodated in the width of the workpiece 16 in that direction. For example, in a typical ion implantation apparatus, a contact type detector (for example, a Faraday cup) is provided on one side or both sides of the workpiece 16, and it is practically essential to irradiate the contact type detector with an ion beam. Has been. Therefore, the ion beam irradiation area needs to be longer than the width of the workpiece 16. However, according to one embodiment of the present invention, the ion beam irradiation area 42 can be made smaller in accordance with the region to be irradiated of the workpiece 16 without being subjected to such restrictions. Thus, according to an embodiment of the present invention, an improvement in throughput and a reduction in consumption of ionic materials are realized.
図3は、イオンビーム計測装置10に係る第2変形例を示す図である。既述の実施例においては測定ビーム源20と測定ビーム検出器22とがイオンビーム14の入射経路を挟んで互いに向き合って配置されているが、本発明の実施例はこれに限られない。測定ビーム源20と測定ビーム検出器22とはイオンビーム14に関して同じ側に例えば隣接して配置されていてもよい。また、測定ビーム12のイオンビーム14への照射位置は1箇所には限られず、複数箇所であってもよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating a second modification example of the ion beam measurement apparatus 10. In the above-described embodiment, the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 are arranged to face each other across the incident path of the ion beam 14, but the embodiment of the present invention is not limited to this. The measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 may be arranged, for example, adjacent to each other on the same side with respect to the ion beam 14. Further, the irradiation position of the measurement beam 12 to the ion beam 14 is not limited to one place, and may be a plurality of places.
図3に示されるように、ビーム光学系24は入射ビームを入射方向と逆向きに反射するための折り返しミラーを備える。測定ビーム源20から出た測定ビーム12はイオンビーム14を通過してビーム光学系24の折り返しミラーに入射する。折り返しミラーでの反射により測定ビーム12は逆方向へと向けられて、再度イオンビーム14を通過する。こうして測定ビーム12は測定ビーム検出器22に入射する。同様にして測定ビーム12の経路を蛇行させることにより、測定ビーム12のイオンビーム14との交差回数をさらに増やすことができる。測定ビーム12のイオンビーム14との交差回数を増やすことにより、測定ビーム12がイオンビーム14から受ける作用を強くすることができる。
As shown in FIG. 3, the beam optical system 24 includes a folding mirror for reflecting the incident beam in the direction opposite to the incident direction. The measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20 passes through the ion beam 14 and enters the folding mirror of the beam optical system 24. The measurement beam 12 is directed in the opposite direction due to reflection by the folding mirror and passes through the ion beam 14 again. In this way, the measurement beam 12 is incident on the measurement beam detector 22. Similarly, by making the path of the measurement beam 12 meander, the number of times the measurement beam 12 intersects the ion beam 14 can be further increased. By increasing the number of times the measurement beam 12 intersects the ion beam 14, the effect that the measurement beam 12 receives from the ion beam 14 can be strengthened.
なお上述のように参照ビームを適用することは本発明においては必須ではないが、この第2変形例に参照ビームを加える場合には、例えば上述の第1変形例と同様にイオンビーム面(例えばyz面)の面外に参照ビームの経路を定めてもよい。参照ビームの経路は例えば、イオンビーム面からx方向に距離Δx離れた平行面内を測定ビーム12と同様に蛇行する経路とすることができる。測定ビーム12から参照ビームを隔てるために、距離Δxは例えばイオンビーム径に相当する距離であることが好ましい。
Although it is not essential in the present invention to apply the reference beam as described above, when the reference beam is added to the second modification, for example, the ion beam surface (for example, as in the first modification described above) The path of the reference beam may be defined outside the plane (yz plane). The path of the reference beam can be, for example, a path that meanders in a parallel plane that is a distance Δx away from the ion beam plane in the x direction, like the measurement beam 12. In order to separate the reference beam from the measurement beam 12, the distance Δx is preferably a distance corresponding to the ion beam diameter, for example.
図4は、イオンビーム計測装置10に係る第3変形例を示す図である。測定ビーム源20及び測定ビーム検出器22の少なくとも一方は、照射室または処理室18の外部に設けられていてもよい。外部に設けられている測定ビーム源20及び測定ビーム検出器22の少なくとも一方は、測定ビーム12を伝達するための導光部材44により照射室または処理室18に接続されていてもよい。同様に、参照ビーム源及び参照ビーム検出器の少なくとも一方は、参照ビーム30を伝達するための導光部材44を介して照射室または処理室18の外部に設けられていてもよい。導光部材44は例えば、照射室または処理室18の壁面またはその近傍に設けられている受光部(例えば窓部)と、受光部で受光したビームを検出器に導くための光ファイバと、を備えてもよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating a third modification example of the ion beam measurement apparatus 10. At least one of the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 may be provided outside the irradiation chamber or the processing chamber 18. At least one of the measurement beam source 20 and the measurement beam detector 22 provided outside may be connected to the irradiation chamber or the processing chamber 18 by a light guide member 44 for transmitting the measurement beam 12. Similarly, at least one of the reference beam source and the reference beam detector may be provided outside the irradiation chamber or the processing chamber 18 via a light guide member 44 for transmitting the reference beam 30. The light guide member 44 includes, for example, a light receiving portion (for example, a window portion) provided on the wall surface of the irradiation chamber or the processing chamber 18 or in the vicinity thereof, and an optical fiber for guiding the beam received by the light receiving portion to the detector. You may prepare.
図4に示される実施例においては、測定ビーム検出器22及び参照ビーム検出器46が処理室18の外部に設けられている。測定ビーム検出器22と参照ビーム検出器46とは別個の検出器とされていてもよい。こうしてビーム検出器を処理室18の外部に配置し、イオンビーム14から離すことにより、検出信号S1及び参照信号S2に生じ得るノイズの低減が期待される。なお参照ビーム30は例えば図2に示す第1変形例と同様にイオンビーム面の面外に迂回しており、これを模式的に破線で示す。
In the embodiment shown in FIG. 4, the measurement beam detector 22 and the reference beam detector 46 are provided outside the processing chamber 18. The measurement beam detector 22 and the reference beam detector 46 may be separate detectors. Thus, by arranging the beam detector outside the processing chamber 18 and away from the ion beam 14, it is expected that noise that may occur in the detection signal S1 and the reference signal S2 is reduced. The reference beam 30 detours outside the ion beam surface, for example, as in the first modification shown in FIG. 2, and this is schematically indicated by a broken line.
また、イオンビーム計測装置10は、イオンビーム14の入射を受けてイオンビームを計測する接触式の計測器、例えばイオンビーム14のビーム電流を表すビーム電流信号S3を出力するファラデーカップ48を備えてもよい。ファラデーカップ48は例えば、被処理物16の片側または両側に配置される。ファラデーカップ48の出力するビーム電流信号S3は例えば、検出信号S1及び参照信号S2と同様に演算処理ユニット26に入力されてもよい。そのために、イオンビーム14はファラデーカップ48の検出面へと走査されてもよい。接触式の計測器(例えばファラデーカップ48)は、本明細書に記載する他の実施例にも適用してもよい。
The ion beam measurement apparatus 10 further includes a contact-type measuring instrument that receives an ion beam 14 and measures the ion beam, for example, a Faraday cup 48 that outputs a beam current signal S3 representing the beam current of the ion beam 14. Also good. For example, the Faraday cup 48 is disposed on one side or both sides of the workpiece 16. The beam current signal S3 output from the Faraday cup 48 may be input to the arithmetic processing unit 26 in the same manner as the detection signal S1 and the reference signal S2, for example. For this purpose, the ion beam 14 may be scanned onto the detection surface of the Faraday cup 48. Contact-type instruments (eg, Faraday cup 48) may be applied to other embodiments described herein.
演算処理ユニット26はビーム電流信号S3を用いて、検出信号S1及び参照信号S2に基づく計測結果を校正してもよい。校正処理は例えば、あるビーム電流範囲にわたってビーム電流信号S3と検出信号S1及び参照信号S2とを予め関連付けることを含んでもよい。演算処理ユニット26はその関係を使用して、検出信号S1及び参照信号S2からイオンビーム14のビーム電流を求めてもよい。なおこの場合、ビーム電流信号S3を用いて校正処理をすることができるから、参照ビーム30及び参照信号S2は省略されてもよい。
The arithmetic processing unit 26 may calibrate the measurement result based on the detection signal S1 and the reference signal S2 using the beam current signal S3. The calibration process may include, for example, associating the beam current signal S3 with the detection signal S1 and the reference signal S2 in advance over a certain beam current range. The arithmetic processing unit 26 may obtain the beam current of the ion beam 14 from the detection signal S1 and the reference signal S2 using the relationship. In this case, since the calibration process can be performed using the beam current signal S3, the reference beam 30 and the reference signal S2 may be omitted.
図5及び図6は、イオンビーム計測装置10に係る第4変形例を示す図である。イオンビーム14がプラズマ状態にあるときイオンビーム14はその電子密度に応じた固有のプラズマ周波数をもつ。このときイオンビーム14は、電離層による電波反射と同様の現象により、照射される電磁波を吸収、屈折、反射、または透過する。例えば照射される電磁波の周波数がイオンビーム14のプラズマ周波数より小さい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム14により反射され、逆に電磁波の周波数がイオンビーム14のプラズマ周波数より大きい場合にはその電磁波の少なくとも一部がイオンビーム14を透過することができる。
5 and 6 are diagrams showing a fourth modification example of the ion beam measuring apparatus 10. When the ion beam 14 is in a plasma state, the ion beam 14 has a specific plasma frequency corresponding to its electron density. At this time, the ion beam 14 absorbs, refracts, reflects, or transmits the irradiated electromagnetic wave by the same phenomenon as the radio wave reflection by the ionosphere. For example, when the frequency of the irradiated electromagnetic wave is lower than the plasma frequency of the ion beam 14, at least a part of the electromagnetic wave is reflected by the ion beam 14, and conversely, when the frequency of the electromagnetic wave is higher than the plasma frequency of the ion beam 14. At least a part of the electromagnetic wave can pass through the ion beam 14.
よって、測定ビーム源20は、イオンビーム14のプラズマ周波数に応じて反射または透過する指向性をもつ電磁波を発する電磁波源、例えばミリ波源またはマイクロ波源であってもよい。測定ビーム検出器22は、測定ビーム源20の放射する電磁波を受信するための受信機であってもよい。こうした受信機は、図5及び図6に示されるように、測定ビーム12がイオンビーム14に反射して到達する位置及び透過して到達する位置の少なくとも一方に配置される。なお、測定ビーム源20としての発信源と測定ビーム検出器22としての受信機との間に適切な光学系または中継器が設けられていてもよい。既述の実施例と同様に参照ビーム系が付加されてもよい。
Therefore, the measurement beam source 20 may be an electromagnetic wave source that emits an electromagnetic wave having directivity that reflects or transmits according to the plasma frequency of the ion beam 14, for example, a millimeter wave source or a microwave source. The measurement beam detector 22 may be a receiver for receiving electromagnetic waves emitted from the measurement beam source 20. As shown in FIGS. 5 and 6, such a receiver is disposed at at least one of a position where the measurement beam 12 reflects and reaches the ion beam 14 and a position where the measurement beam 12 reaches the ion beam 14. An appropriate optical system or repeater may be provided between the transmission source as the measurement beam source 20 and the receiver as the measurement beam detector 22. A reference beam system may be added in the same manner as in the above-described embodiment.
図5は測定ビーム12がイオンビーム14を透過する状態を示し、図6は測定ビーム12がイオンビーム14に反射される状態を示す。この場合、イオンビーム14と測定ビーム12との相互作用は主として、イオンビーム14による測定ビーム12の反射、または透過である。測定ビーム12の周波数は、イオンビーム14の所望の電流密度に相当するプラズマ周波数に設定される。このビーム電流密度は例えば、被処理物16への照射のために有効と許容される範囲から選択され、例えばそうした許容範囲の下限値とされる。測定ビーム12の周波数は例えば10MHz乃至10GHzの範囲から選択される。測定ビーム12のイオンビーム14への入射角度は、イオンビーム14により測定ビーム12の全反射が生じるよう定めることが好ましい。
FIG. 5 shows a state where the measurement beam 12 is transmitted through the ion beam 14, and FIG. 6 shows a state where the measurement beam 12 is reflected by the ion beam 14. In this case, the interaction between the ion beam 14 and the measurement beam 12 is mainly the reflection or transmission of the measurement beam 12 by the ion beam 14. The frequency of the measurement beam 12 is set to a plasma frequency corresponding to a desired current density of the ion beam 14. This beam current density is selected from, for example, a range that is effective and allowable for irradiation of the workpiece 16, and is set to a lower limit value of the allowable range, for example. The frequency of the measurement beam 12 is selected from a range of 10 MHz to 10 GHz, for example. The incident angle of the measurement beam 12 on the ion beam 14 is preferably determined so that the ion beam 14 causes total reflection of the measurement beam 12.
図5に示すように、測定ビーム源20から放射された測定ビーム12は、イオンビーム14に例えば斜めに入射する。イオンビーム14の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム12の周波数よりも小さい場合には、図示されるように、測定ビーム12は測定ビーム検出器22に到達する。測定ビーム検出器22は測定ビーム12の受信強度に応じた検出信号S1を出力する。
As shown in FIG. 5, the measurement beam 12 emitted from the measurement beam source 20 is incident on the ion beam 14 obliquely, for example. When the plasma frequency corresponding to the current density of the ion beam 14 is smaller than the frequency of the measurement beam 12, the measurement beam 12 reaches the measurement beam detector 22 as shown. The measurement beam detector 22 outputs a detection signal S 1 corresponding to the reception intensity of the measurement beam 12.
また、図6に示すように、イオンビーム14の電流密度に相当するプラズマ周波数が測定ビーム12の周波数よりも大きい場合には、測定ビーム12はイオンビーム14により反射される。測定ビーム12の少なくとも一部またはすべてが測定ビーム検出器22には到達しない。よって、測定ビーム検出器22の出力する検出信号S1は図5の状態に比べて大きく低下する。こうして、有効な強度をもつイオンビーム14が照射されているか否かを検出信号S1に基づいて検知することができる。なお、図6に破線で示されるように、測定ビーム検出器22は反射されたイオンビーム14を受ける位置に配置されていてもよい。
As shown in FIG. 6, when the plasma frequency corresponding to the current density of the ion beam 14 is higher than the frequency of the measurement beam 12, the measurement beam 12 is reflected by the ion beam 14. At least some or all of the measurement beam 12 does not reach the measurement beam detector 22. Therefore, the detection signal S1 output from the measurement beam detector 22 is greatly reduced compared to the state of FIG. Thus, it can be detected based on the detection signal S1 whether or not the ion beam 14 having an effective intensity is irradiated. Note that, as indicated by a broken line in FIG. 6, the measurement beam detector 22 may be disposed at a position for receiving the reflected ion beam 14.
イオンビーム計測装置10は、プラズマシャワー50を備えてもよい。プラズマシャワー50は、イオンビーム14のビームラインにおいて測定ビーム12のイオンビーム照射位置34よりも上流に設けられていてもよい。プラズマシャワー50は、イオンビーム14のイオンによる電場を中和するために低エネルギー電子をイオンビーム14に供給する公知の構成要素である。プラズマシャワー50を設けることによりイオンビーム14がプラズマ状態にあることを保証することが可能となる。
The ion beam measurement apparatus 10 may include a plasma shower 50. The plasma shower 50 may be provided upstream of the ion beam irradiation position 34 of the measurement beam 12 in the beam line of the ion beam 14. The plasma shower 50 is a known component that supplies low energy electrons to the ion beam 14 in order to neutralize the electric field due to the ions of the ion beam 14. By providing the plasma shower 50, it is possible to ensure that the ion beam 14 is in a plasma state.
図7及び図8は、イオンビーム計測装置10に係る第5変形例を示す図である。イオンビーム計測装置10は、イオンビーム14のビームラインに沿って複数の測定ビーム検出器を備えてもよい。言い換えれば、測定ビーム源20はイオンビーム14の進行方向に沿って複数の位置に測定ビームを照射してもよい。そのためにイオンビーム計測装置10は、複数の測定ビーム源20を備えてもよい。イオンビーム計測装置10は、複数の測定ビーム検出器の検出結果からイオンビーム14の輸送効率を計測してもよい。測定ビーム検出器は既述の実施例に関連して述べた測定ビーム検出器22であってもよい(例えば図1参照)。
7 and 8 are diagrams showing a fifth modification example of the ion beam measuring apparatus 10. The ion beam measurement apparatus 10 may include a plurality of measurement beam detectors along the beam line of the ion beam 14. In other words, the measurement beam source 20 may irradiate the measurement beam to a plurality of positions along the traveling direction of the ion beam 14. For this purpose, the ion beam measurement apparatus 10 may include a plurality of measurement beam sources 20. The ion beam measurement apparatus 10 may measure the transport efficiency of the ion beam 14 from the detection results of a plurality of measurement beam detectors. The measurement beam detector may be the measurement beam detector 22 described in connection with the previously described embodiment (see, for example, FIG. 1).
図7に示す一実施例においては、単一の測定ビーム源20から放射された共通のビームがビーム光学系24により、参照ビーム30、第1測定ビーム52、及び第2測定ビーム54に分割される。参照ビーム30はイオンビーム14を迂回し、第1測定ビーム52及び第2測定ビーム54はイオンビーム14に照射される。第1測定ビーム52は第2測定ビーム54よりも下流側でイオンビーム14に照射される。
In one embodiment shown in FIG. 7, a common beam emitted from a single measurement beam source 20 is split by the beam optics 24 into a reference beam 30, a first measurement beam 52, and a second measurement beam 54. The The reference beam 30 bypasses the ion beam 14, and the first measurement beam 52 and the second measurement beam 54 are irradiated on the ion beam 14. The first measurement beam 52 is applied to the ion beam 14 on the downstream side of the second measurement beam 54.
イオンビーム14に照射された第1測定ビーム52、第2測定ビーム54はそれぞれ、第1ビーム検出器56、第2ビーム検出器58により検出される。参照ビーム30は参照ビーム検出器46により検出される。第1ビーム検出器56、第2ビーム検出器58はそれぞれ第1検出信号S1−1、第2検出信号S1−2を出力する。参照ビーム検出器46は参照信号S2を出力する。第1検出信号S1−1、第2検出信号S1−2、及び参照信号S2は演算処理ユニット26に入力される。演算処理ユニット26は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
The first measurement beam 52 and the second measurement beam 54 irradiated to the ion beam 14 are detected by a first beam detector 56 and a second beam detector 58, respectively. The reference beam 30 is detected by a reference beam detector 46. The first beam detector 56 and the second beam detector 58 output a first detection signal S1-1 and a second detection signal S1-2, respectively. The reference beam detector 46 outputs a reference signal S2. The first detection signal S1-1, the second detection signal S1-2, and the reference signal S2 are input to the arithmetic processing unit 26. The arithmetic processing unit 26 calculates the measurement result based on the input signal and outputs it as necessary.
図8に示す一実施例においては、測定ビーム及び参照ビームの組がイオンビーム14のビームライン60に沿って複数設けられている。イオンビーム計測装置10は、第1測定ビーム52及び第1参照ビーム62を与えるための第1ビーム源66と、第1測定ビーム52及び第1参照ビーム62を受け取るための第1ビーム検出器56と、を備える。また、イオンビーム計測装置10は、第2測定ビーム54及び第2参照ビーム64を与えるための第2ビーム源68と、第2測定ビーム54及び第2参照ビーム64を受け取るための第2ビーム検出器58と、を備える。
In the embodiment shown in FIG. 8, a plurality of sets of measurement beams and reference beams are provided along the beam line 60 of the ion beam 14. The ion beam measurement apparatus 10 includes a first beam source 66 for providing a first measurement beam 52 and a first reference beam 62, and a first beam detector 56 for receiving the first measurement beam 52 and the first reference beam 62. And comprising. The ion beam measurement apparatus 10 also includes a second beam source 68 for providing a second measurement beam 54 and a second reference beam 64, and a second beam detection for receiving the second measurement beam 54 and the second reference beam 64. Instrument 58.
第1ビーム検出器56は第1検出信号S1−1及び第1参照信号S2−1を出力し、第2ビーム検出器58は第2検出信号S1−2及び第2参照信号S2−2を出力する。これらの出力信号は演算処理ユニット26に入力され、演算処理ユニット26は入力信号に基づいて計測結果を演算し、必要に応じて出力する。
The first beam detector 56 outputs a first detection signal S1-1 and a first reference signal S2-1, and the second beam detector 58 outputs a second detection signal S1-2 and a second reference signal S2-2. To do. These output signals are input to the arithmetic processing unit 26, and the arithmetic processing unit 26 calculates the measurement result based on the input signal and outputs it as necessary.
図9は、本発明の第2実施形態に係るイオン注入装置100の全体構成を概略的に示す図である。図9にはイオン注入装置100の有する代表的な構成要素を示す。また、図10は、第2実施形態に係るイオン注入装置100の処理室112を示す図である。図10には、ビームラインアセンブリ110からビーム入射方向に処理室112を見たときの概略構成を示す。
FIG. 9 is a diagram schematically showing an overall configuration of an ion implantation apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 9 shows typical components included in the ion implantation apparatus 100. FIG. 10 is a view showing the processing chamber 112 of the ion implantation apparatus 100 according to the second embodiment. FIG. 10 shows a schematic configuration when the processing chamber 112 is viewed from the beam line assembly 110 in the beam incident direction.
イオン注入装置100は、元素をイオン化してイオンビーム102を生成し基板(例えば半導体基板)104へと照射することにより、基板104にその元素を注入するイオン注入処理を行うための装置である。図1と同様に説明の便宜上、イオンビーム102の基板104への入射方向をz方向とし、z方向に垂直な面をxy面と定義する。z方向は、ビームラインにおけるイオンビーム102の大局的な進行方向を指すものとする。また、後述するようにイオンビーム102を基板104に対し走査する場合には走査方向をy方向とし、z方向及びy方向に垂直な方向をx方向と定義する。一実施例においてはyz面は水平面であり、x方向は鉛直方向である。
The ion implantation apparatus 100 is an apparatus for performing an ion implantation process in which an element is ionized to generate an ion beam 102 and irradiate the substrate (for example, a semiconductor substrate) 104 with the element. As in FIG. 1, for convenience of explanation, the incident direction of the ion beam 102 to the substrate 104 is defined as the z direction, and a plane perpendicular to the z direction is defined as an xy plane. The z direction indicates the global traveling direction of the ion beam 102 in the beam line. As will be described later, when the ion beam 102 is scanned with respect to the substrate 104, the scanning direction is defined as the y direction, and the z direction and the direction perpendicular to the y direction are defined as the x direction. In one embodiment, the yz plane is a horizontal plane and the x direction is a vertical direction.
イオン注入装置100は、第1実施形態に係るイオンビーム計測装置10と共通の測定原理を使用してビームモニタ出力を与えるための非接触式のビームモニタ106を備える。よって、ビームモニタ106は、第1実施形態及びその変形例に係る各種のイオンビーム計測装置10のうちいずれかであってもよい。
The ion implantation apparatus 100 includes a non-contact beam monitor 106 for providing a beam monitor output using the same measurement principle as the ion beam measurement apparatus 10 according to the first embodiment. Therefore, the beam monitor 106 may be any one of the various ion beam measurement apparatuses 10 according to the first embodiment and its modifications.
イオン注入装置100は、イオン源108、ビームラインアセンブリ110、及び処理室112を備える。イオン源108は、注入する元素をイオン化するよう構成されている。ビームラインアセンブリ110は、イオン源108にてイオン化されたイオンのうち基板104に注入すべきイオンを質量によって選別するための質量分析器114と、イオンビーム102を輸送し、加速し、整形し、または走査するためのビーム輸送系116と、を備える。質量分析器114の下流側には所定の質量のイオンからなるイオンビーム102をビーム輸送系116へと通過させるための質量分析スリット118が設けられている。
The ion implantation apparatus 100 includes an ion source 108, a beam line assembly 110, and a processing chamber 112. The ion source 108 is configured to ionize an element to be implanted. The beam line assembly 110 transports, accelerates, and shapes the ion beam 102 with a mass analyzer 114 for selecting ions to be implanted into the substrate 104 out of ions ionized by the ion source 108 by mass. Or a beam transport system 116 for scanning. On the downstream side of the mass analyzer 114, a mass analysis slit 118 for passing the ion beam 102 made of ions having a predetermined mass to the beam transport system 116 is provided.
また、ビーム輸送系116は、イオンビーム102を少なくとも一方向(例えばy方向)に走査するためのビームスキャナ120を備える。ビームスキャナ120によるイオンビーム102のy方向の走査可能範囲を矢印138で図示する。
The beam transport system 116 includes a beam scanner 120 for scanning the ion beam 102 in at least one direction (for example, the y direction). A scannable range in the y direction of the ion beam 102 by the beam scanner 120 is indicated by an arrow 138.
処理室112は、イオンビーム102をモニタするためのビームモニタ106を備える。ビームモニタ106は、イオンビーム102に測定ビーム130を作用させ、測定ビーム130を検出することによりイオンビーム102をモニタする。ビームモニタ106は、イオンビーム102に関連するモニタ出力を制御システム128に提供する。ビームモニタ出力は検出信号S1を含む。ビームモニタ106は、参照ビーム132に基づく参照信号S2を制御システム128に提供してもよい。ビームモニタ106は、イオンビーム102に測定ビーム130を照射するための測定ビーム源134と、イオンビーム102に照射された測定ビーム130を検出するための測定ビーム検出器136と、を含む。
The processing chamber 112 includes a beam monitor 106 for monitoring the ion beam 102. The beam monitor 106 monitors the ion beam 102 by causing the measurement beam 130 to act on the ion beam 102 and detecting the measurement beam 130. Beam monitor 106 provides a monitor output associated with ion beam 102 to control system 128. The beam monitor output includes a detection signal S1. The beam monitor 106 may provide a reference signal S2 based on the reference beam 132 to the control system 128. The beam monitor 106 includes a measurement beam source 134 for irradiating the ion beam 102 with the measurement beam 130, and a measurement beam detector 136 for detecting the measurement beam 130 irradiated on the ion beam 102.
ビームモニタ106は、ビームラインアセンブリ110に設けられていてもよい。イオン注入装置100はビームラインに沿って複数のビームモニタ106を備えてもよい。
The beam monitor 106 may be provided in the beam line assembly 110. The ion implantation apparatus 100 may include a plurality of beam monitors 106 along the beam line.
処理室112は、接触式のイオンビーム検出器(例えばファラデーカップ)122を備えてもよい。イオンビーム検出器122はビーム電流信号S3を制御システム128に出力してもよい。こうした接触式の検出器を設けることは必須ではない。イオンビーム検出器122は、イオンビーム走査方向に基板104に隣接する位置に配置することが好ましい。イオンビーム検出器122は、基板104の片側(図示の場合)または両側に配置してもよい。イオンビーム検出器122は、計測の必要に応じてビームラインに出し入れされる進退可能な検出器であってもよい。
The processing chamber 112 may include a contact ion beam detector (for example, a Faraday cup) 122. The ion beam detector 122 may output a beam current signal S3 to the control system 128. It is not essential to provide such a contact type detector. The ion beam detector 122 is preferably disposed at a position adjacent to the substrate 104 in the ion beam scanning direction. The ion beam detector 122 may be arranged on one side (in the case of illustration) or both sides of the substrate 104. The ion beam detector 122 may be a detector that can be moved in and out of the beam line as necessary for measurement.
また、イオン注入装置100のイオンビーム計測系は、ビームモニタ106及びイオンビーム検出器122に加えて、任意の計測器をさらに備えてもよい。なお、イオン注入装置100は、制御システム128からの制御指令に応じて、またはビームモニタ106を含むイオンビーム計測系の計測結果に基づいて、イオンビーム102をビームラインの中途で遮断するためのビームシャッタ(図示せず)を備えてもよい。
The ion beam measurement system of the ion implantation apparatus 100 may further include an arbitrary measurement device in addition to the beam monitor 106 and the ion beam detector 122. The ion implantation apparatus 100 is a beam for interrupting the ion beam 102 in the middle of the beam line in accordance with a control command from the control system 128 or based on a measurement result of an ion beam measurement system including the beam monitor 106. A shutter (not shown) may be provided.
また、処理室112は、基板104を支持するための基板支持部124を備える。基板104は基板支持部124に支持されて処理室112に収容されている。基板支持部124は、基板104をイオンビーム102に対し移動させるためのいわゆるメカニカルスキャン系として構成され、基板104を保持するためのテーブルまたはプラテンと、そのテーブルまたはプラテンを移動するための駆動機構と、を含む。メカニカルスキャン系は例えば、イオンビーム進行方向(z方向)及び走査方向(y方向)に垂直な方向(x方向)の走査範囲に基板104を往復移動させるよう構成されている。こうした一方向のビームスキャンとその垂直方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせるスキャン方式はハイブリッドスキャンと呼ばれることもある。
Further, the processing chamber 112 includes a substrate support portion 124 for supporting the substrate 104. The substrate 104 is supported by the substrate support portion 124 and is accommodated in the processing chamber 112. The substrate support unit 124 is configured as a so-called mechanical scan system for moving the substrate 104 with respect to the ion beam 102, and includes a table or platen for holding the substrate 104, and a drive mechanism for moving the table or platen. ,including. The mechanical scanning system is configured to reciprocate the substrate 104 in a scanning range in a direction (x direction) perpendicular to the ion beam traveling direction (z direction) and the scanning direction (y direction), for example. Such a scanning method that combines a beam scan in one direction and a mechanical scan in the vertical direction is sometimes called a hybrid scan.
図10に示されるように、基板104には断面がスポット状のイオンビーム102が照射される。上述のようにイオンビーム102はy方向に走査され、基板104はx方向に機械的に走査される。イオンビーム102の走査範囲138において基板104の両側にイオンビーム検出器122が設けられている。イオンビーム検出器122は、基板104の周縁部外方に走査されたイオンビーム102に計測が制限される。これに対して、ビームモニタ106は、イオンビーム102が基板104の中心部にあるときにもイオンビーム102を計測することができるという点で有利である。
As shown in FIG. 10, the substrate 104 is irradiated with an ion beam 102 having a spot-like cross section. As described above, the ion beam 102 is scanned in the y direction, and the substrate 104 is mechanically scanned in the x direction. Ion beam detectors 122 are provided on both sides of the substrate 104 in the scanning range 138 of the ion beam 102. Measurement of the ion beam detector 122 is limited to the ion beam 102 scanned outside the peripheral edge of the substrate 104. On the other hand, the beam monitor 106 is advantageous in that the ion beam 102 can be measured even when the ion beam 102 is in the center of the substrate 104.
図9及び図10に示されるように、ビームモニタ106は、イオンビーム102の走査方向とイオンビーム102の進行方向とにより定まる走査面に沿って測定ビーム130をイオンビーム102に照射する。測定ビーム130の照射方向が正確に走査面に沿うことは必ずしも要求されない。測定ビーム130の経路はイオンビーム102の走査範囲138を横断するように定められていればよい。図示されるように、測定ビーム源134から発せられた測定ビーム130は、測定ビーム検出器136へと直線的に入射する。このようにして、イオンビーム102の走査位置にかかわらず連続的にイオンビーム102をモニタすることができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the beam monitor 106 irradiates the ion beam 102 with the measurement beam 130 along a scanning plane determined by the scanning direction of the ion beam 102 and the traveling direction of the ion beam 102. It is not always required that the irradiation direction of the measurement beam 130 be accurately along the scanning plane. The path of the measurement beam 130 may be determined so as to cross the scanning range 138 of the ion beam 102. As shown, the measurement beam 130 emitted from the measurement beam source 134 is linearly incident on the measurement beam detector 136. In this way, the ion beam 102 can be continuously monitored regardless of the scanning position of the ion beam 102.
一方、参照ビーム132は、ビーム光学系135によりイオンビーム102の走査面外へと測定ビーム130から分岐されて走査面と平行な面を進み、イオンビーム102を経由せずに測定ビーム検出器136へと入射する。イオンビーム102の走査範囲138の手前で参照ビーム132を測定ビーム130から分岐させるために、ビーム光学系135はイオンビーム走査方向において、測定ビーム源134とイオンビーム走査範囲138の末端であるイオンビーム検出器122との間に設けられている。
On the other hand, the reference beam 132 is branched from the measurement beam 130 by the beam optical system 135 to the outside of the scanning surface of the ion beam 102 and travels in a plane parallel to the scanning surface, and the measurement beam detector 136 does not pass through the ion beam 102. Incident to. In order to split the reference beam 132 from the measurement beam 130 before the scanning range 138 of the ion beam 102, the beam optical system 135 is an ion beam that is the end of the measurement beam source 134 and the ion beam scanning range 138 in the ion beam scanning direction. It is provided between the detector 122.
なおイオン注入装置100はハイブリッドスキャン方式には限られない。イオン注入装置100は例えば、一軸方向にビーム断面が延びるいわゆるリボンビームとその直交方向へのメカニカルスキャンとを組み合わせる走査方式を採用してもよい。あるいは、イオン注入装置100は、スポットビームに対しビーム進行方向に垂直面内で2次元にメカニカルスキャンを行う方式を採用してもよい。いずれの走査方式であってもビームモニタ106は適用可能である。
The ion implantation apparatus 100 is not limited to the hybrid scan method. For example, the ion implantation apparatus 100 may employ a scanning method in which a so-called ribbon beam extending in a uniaxial direction and a mechanical scan in the orthogonal direction are combined. Alternatively, the ion implantation apparatus 100 may adopt a method of performing two-dimensional mechanical scanning in a plane perpendicular to the beam traveling direction with respect to the spot beam. The beam monitor 106 can be applied to any scanning method.
図11は、第2実施形態に係るビームモニタ106の一変形例を示す図である。ビームモニタ106は、複数の測定ビーム源134と複数の測定ビーム検出器136とを備えてもよい。複数の測定ビーム源134はイオンビーム照射エリア139の長手方向に沿って配列されている。イオンビーム照射エリア139は例えばリボン状のイオンビームのビーム断面に相当する領域である。複数の測定ビーム検出器136は、イオンビーム照射エリア139を挟んで複数の測定ビーム源134に対向してイオンビーム照射エリア139の長手方向に沿って配列されている。複数の測定ビーム検出器136の各々は、対応する測定ビーム源134からの測定ビーム130を受ける位置に配列されている。これにより、イオンビーム照射エリア139に交差する複数の測定ビーム130がイオンビーム照射エリア139の長手方向に沿って配列されている。
FIG. 11 is a view showing a modification of the beam monitor 106 according to the second embodiment. The beam monitor 106 may include a plurality of measurement beam sources 134 and a plurality of measurement beam detectors 136. The plurality of measurement beam sources 134 are arranged along the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139. The ion beam irradiation area 139 is an area corresponding to a beam cross section of a ribbon-like ion beam, for example. The plurality of measurement beam detectors 136 are arranged along the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139 so as to face the plurality of measurement beam sources 134 with the ion beam irradiation area 139 interposed therebetween. Each of the plurality of measurement beam detectors 136 is arranged at a position to receive the measurement beam 130 from the corresponding measurement beam source 134. Accordingly, a plurality of measurement beams 130 intersecting the ion beam irradiation area 139 are arranged along the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139.
ビームモニタ106は、イオンビーム照射エリア139の複数の位置に測定ビーム130を照射する。それら複数の照射位置は、イオンビーム照射エリア139の長手方向に並んでいる。各照射位置へは、複数の測定ビーム源134のそれぞれから測定ビーム130が照射される。ビームモニタ106は、それら複数位置に照射された測定ビーム130を複数の測定ビーム検出器136により検出する。複数の測定ビーム検出器136はそれぞれ検出信号S1を制御システム128に出力する。このようにして、イオンビーム照射エリア139におけるイオンビームの長手方向分布を得ることができる。
The beam monitor 106 irradiates the measurement beam 130 to a plurality of positions in the ion beam irradiation area 139. The plurality of irradiation positions are arranged in the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139. Each irradiation position is irradiated with the measurement beam 130 from each of the plurality of measurement beam sources 134. The beam monitor 106 detects the measurement beams 130 irradiated to the plurality of positions by the plurality of measurement beam detectors 136. Each of the plurality of measurement beam detectors 136 outputs a detection signal S1 to the control system 128. In this way, the longitudinal distribution of the ion beam in the ion beam irradiation area 139 can be obtained.
複数の測定ビーム130は、図示の例ではスポット状の測定ビームであるがこれに限られず、イオンビーム照射エリア139の長手方向の長さに相当する幅を持つリボン状または長尺の測定ビームであってもよい。それに対応して、互いに分離された複数の測定ビーム検出器136に代えて、リボン状または長尺の測定ビームを包含する検出領域をもつ一次元検出器アレイを設けてもよい。
The plurality of measurement beams 130 are spot-like measurement beams in the illustrated example, but are not limited thereto, and are ribbon-like or long measurement beams having a width corresponding to the length of the ion beam irradiation area 139 in the longitudinal direction. There may be. Correspondingly, instead of a plurality of measurement beam detectors 136 separated from each other, a one-dimensional detector array having a detection region including a ribbon-like or long measurement beam may be provided.
また、計測対象はリボン状のイオンビームには限られず、イオンビーム照射エリア139を走査するスポットビームの計測のために図11に示すビームモニタ106の構成を採用してもよい。複数の測定ビーム源134及び複数の測定ビーム検出器136は、イオンビーム照射エリア139の長手方向に沿って可動式である測定ビーム源134及び測定ビーム検出器136であってもよい。この場合、可動式の測定ビーム源134及び測定ビーム検出器136は、測定ビーム130とスポットビームとの交差を継続するようにスポットビームの走査に同期して移動されてもよい。
Further, the measurement target is not limited to the ribbon-shaped ion beam, and the configuration of the beam monitor 106 shown in FIG. 11 may be employed for measuring a spot beam that scans the ion beam irradiation area 139. The plurality of measurement beam sources 134 and the plurality of measurement beam detectors 136 may be measurement beam sources 134 and measurement beam detectors 136 that are movable along the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139. In this case, the movable measurement beam source 134 and the measurement beam detector 136 may be moved in synchronization with the scanning of the spot beam so as to continue the intersection of the measurement beam 130 and the spot beam.
図11に示すビームモニタ106は、図9及び図10に示すビームモニタ106に代えて、図9に示すイオン注入装置100に設けられてもよい。あるいは、図10及び図11に示す構成を組み合わせて得られるビームモニタ106がイオン注入装置100に設けられてもよい。すなわち、ビームモニタ106は、イオンビーム照射エリア139の長手方向に沿って設けられている複数の測定ビーム源134と複数の測定ビーム検出器136とを備え、さらに、イオンビーム照射エリア139の長手方向に沿うビーム経路をもつ測定ビーム系を備えてもよい。
The beam monitor 106 illustrated in FIG. 11 may be provided in the ion implantation apparatus 100 illustrated in FIG. 9 instead of the beam monitor 106 illustrated in FIGS. 9 and 10. Alternatively, a beam monitor 106 obtained by combining the configurations shown in FIGS. 10 and 11 may be provided in the ion implantation apparatus 100. That is, the beam monitor 106 includes a plurality of measurement beam sources 134 and a plurality of measurement beam detectors 136 provided along the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139, and further, the longitudinal direction of the ion beam irradiation area 139. A measurement beam system having a beam path along
図9及び図10に示すイオン注入装置100はいわゆる枚葉式に構成されている。すなわち、イオン注入装置100は、基板支持部124に一度に一枚の基板104が保持され、一枚ずつイオン注入処理が行われる形式である。なお必ずしも一枚ずつの処理に限られるわけではなく、基板支持部124は2枚以上を同時に保持して少なくとも一方向にメカニカルスキャンを提供するよう構成されていてもよい。また、イオン注入装置100は、多数の基板を回転可能なテーブルに載置して回転させながらイオン注入を多数の基板に同時に行ういわゆるバッチ式に構成されていてもよい。
The ion implantation apparatus 100 shown in FIGS. 9 and 10 is configured as a so-called single wafer type. That is, the ion implantation apparatus 100 is a type in which one substrate 104 is held at a time on the substrate support portion 124 and ion implantation processing is performed one by one. Note that the processing is not necessarily limited to processing one by one, and the substrate support unit 124 may be configured to provide two or more sheets simultaneously and provide mechanical scanning in at least one direction. Further, the ion implantation apparatus 100 may be configured as a so-called batch type in which a large number of substrates are placed on a rotatable table and rotated while simultaneously performing ion implantation on the large number of substrates.
図9に示されるように、イオン注入装置100は、イオン源108、ビームラインアセンブリ110、及び処理室112をイオン注入処理のための所望の真空環境に保つための真空排気系126を備える。真空排気系126は例えば、クライオポンプ等の高真空ポンプと、高真空ポンプの作動圧力まで粗引きをするための粗引きポンプとを備える。
As shown in FIG. 9, the ion implantation apparatus 100 includes an ion source 108, a beam line assembly 110, and a vacuum exhaust system 126 for keeping the processing chamber 112 in a desired vacuum environment for the ion implantation process. The evacuation system 126 includes, for example, a high vacuum pump such as a cryopump and a roughing pump for roughing up to an operating pressure of the high vacuum pump.
また、イオン注入装置100は、例えばイオン源108、質量分析器114、ビーム輸送系116、基板支持部124、及び真空排気系126を制御してイオン注入処理を実行するための制御システム128を備える。制御システム128は、検出信号S1、参照信号S2、及びビーム電流信号S3を含むビーム計測系からの入力信号、メモリに保存されている各種データ、及び操作者からの入力指令等に従って、イオン注入装置100を統括的に制御する。制御システム128は、ビームモニタ106のための専用の制御装置であってもよい。
In addition, the ion implantation apparatus 100 includes a control system 128 for controlling the ion source 108, the mass analyzer 114, the beam transport system 116, the substrate support unit 124, and the evacuation system 126 to execute the ion implantation process, for example. . The control system 128 includes an ion implantation apparatus according to input signals from the beam measurement system including the detection signal S1, the reference signal S2, and the beam current signal S3, various data stored in the memory, input commands from the operator, and the like. 100 is controlled centrally. The control system 128 may be a dedicated controller for the beam monitor 106.
制御システム128は例えば、各種演算処理を実行するCPU、各種制御プログラムを格納するROM、データ格納やプログラム実行のためのワークエリアとして利用されるRAM等を含む任意のハードウエアと、各種演算または制御を実行するためのプログラム等のソフトウエアと、を含んで構成される。制御システム128は、操作者からの入力を受け付けるためのマウスやキーボード等の入力手段や、他の装置との通信をするための通信手段、ディスプレイやプリンタ等の出力手段を含んでもよい。
The control system 128 includes, for example, arbitrary hardware including a CPU that executes various arithmetic processes, a ROM that stores various control programs, a RAM that is used as a work area for data storage and program execution, and various calculations or controls. And software such as a program for executing. The control system 128 may include input means such as a mouse and a keyboard for receiving input from an operator, communication means for communicating with other devices, and output means such as a display and a printer.
制御システム128は、ビームスキャンを制御するためのビームスキャン制御部140と、メカニカルスキャンを制御するためのメカニカルスキャン制御部142と、イオンビームモニタ演算部144と、を含んでもよい。ビームスキャン制御部140、メカニカルスキャン制御部142、及びイオンビームモニタ演算部144の少なくとも1つの要素(例えばイオンビームモニタ演算部144)が他の要素とは別個の制御部を構成していてもよい。ビームスキャン制御部140、メカニカルスキャン制御部142、及びイオンビームモニタ演算部144は、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSI等のハードウエア、またはメモリにロードされたプログラム等のソフトウエアによって実現される機能ブロックを示す。これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
The control system 128 may include a beam scan control unit 140 for controlling the beam scan, a mechanical scan control unit 142 for controlling the mechanical scan, and an ion beam monitor calculation unit 144. At least one element (for example, the ion beam monitor calculation unit 144) of the beam scan control unit 140, the mechanical scan control unit 142, and the ion beam monitor calculation unit 144 may constitute a control unit separate from the other elements. . The beam scan control unit 140, the mechanical scan control unit 142, and the ion beam monitor calculation unit 144 are realized by any computer CPU, memory, other hardware such as LSI, or software such as a program loaded in the memory. Indicates the function block to be executed. Those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.
イオンビームモニタ演算部144は、検出信号S1、参照信号S2、及びビーム電流信号S3を含むビーム計測系からの入力信号に基づいて、ビームモニタ出力を演算する。ビームモニタ出力は例えば、イオンビーム102のビーム電流、または基板104に注入されるドーズ量である。制御システム128は、イオンビームモニタ演算部144によるビームモニタ出力を保存する。あるいは、制御システム128は必要に応じて、ビームモニタ出力を使用してもよいし、外部に出力してもよい。
The ion beam monitor calculation unit 144 calculates a beam monitor output based on input signals from the beam measurement system including the detection signal S1, the reference signal S2, and the beam current signal S3. The beam monitor output is, for example, a beam current of the ion beam 102 or a dose amount injected into the substrate 104. The control system 128 stores the beam monitor output from the ion beam monitor calculation unit 144. Alternatively, the control system 128 may use the beam monitor output or may output it to the outside as required.
制御システム128は、ビームモニタ出力に基づいて、基板104へのイオン注入処理中にイオンビーム102に変動が生じたか否かを判定してもよい。当該判定結果に基づいて、制御システム128は、当該基板104へのイオン注入処理について警告を出力してもよい。あるいは、制御システム128は、ビームモニタ出力に基づいて、イオンビーム102のビーム電流または基板104に注入されるドーズ量に変動が生じたビーム照射位置を特定してもよい。
The control system 128 may determine whether or not the ion beam 102 has changed during the ion implantation process on the substrate 104 based on the beam monitor output. Based on the determination result, the control system 128 may output a warning regarding the ion implantation process to the substrate 104. Alternatively, the control system 128 may specify the beam irradiation position where the beam current of the ion beam 102 or the dose injected into the substrate 104 varies based on the beam monitor output.
イオン注入処理は、処理室112へと入射するイオンビーム102の進行方向に垂直な面内の方向のイオンビーム102と基板104との相対移動を含む。この相対移動は上述のように、イオンビーム102及び基板104の少なくとも一方の走査を含む。よって、制御システム128は例えば、ビームスキャン制御部140とメカニカルスキャン制御部142とを協調して動作させることにより、所与の走査シーケンスに従ってイオンビーム102のビームスキャンと基板104のメカニカルスキャンとを制御する。こうしてイオンビーム断面よりも一般には広いイオンビーム照射領域にわたってイオンビーム102を照射することができる。
The ion implantation process includes a relative movement between the ion beam 102 and the substrate 104 in a direction perpendicular to the traveling direction of the ion beam 102 incident on the processing chamber 112. This relative movement includes scanning of at least one of the ion beam 102 and the substrate 104 as described above. Thus, for example, the control system 128 controls the beam scan of the ion beam 102 and the mechanical scan of the substrate 104 according to a given scan sequence by operating the beam scan control unit 140 and the mechanical scan control unit 142 in a coordinated manner. To do. In this manner, the ion beam 102 can be irradiated over an ion beam irradiation region generally wider than the ion beam cross section.
ここで、走査シーケンスとは基板104上の表面全域またはその一部であるイオンビーム照射領域をイオンビーム102により走査するための手順をいう。走査シーケンスは、制御システム128に操作者により直接入力されて与えられてもよいし、所与のイオン注入処理を実現するよう制御システム128により設定されてもよい。
Here, the scanning sequence refers to a procedure for scanning the entire surface of the substrate 104 or an ion beam irradiation region that is a part thereof with the ion beam 102. The scanning sequence may be provided by direct input to the control system 128 by the operator, or may be set by the control system 128 to implement a given ion implantation process.
図12は、第2実施形態に係る走査シーケンス150の一実施例を説明するための図である。この走査シーケンス150は、以下に詳述するように、本来的には基板104の外側にイオンビーム102を照射する必要のない枚葉式のイオン注入装置100に好適な走査法を表す。例えばハイブリッドスキャン方式の場合、走査シーケンス150のうち一方向(例えばx方向)の走査はイオンビーム102に対する基板104の移動により行われ、他の一方向(例えばy方向)の走査はイオンビーム102のビームスキャンにより行われる。
FIG. 12 is a diagram for explaining an example of the scanning sequence 150 according to the second embodiment. As will be described in detail below, this scanning sequence 150 represents a scanning method suitable for the single-wafer type ion implantation apparatus 100 that does not essentially need to irradiate the ion beam 102 outside the substrate 104. For example, in the case of the hybrid scan method, scanning in one direction (for example, the x direction) in the scanning sequence 150 is performed by moving the substrate 104 with respect to the ion beam 102, and scanning in the other direction (for example, the y direction) is performed on the ion beam 102. This is done by beam scanning.
走査シーケンス150は、走査開始位置152から開始され、走査終了位置154で終了する。走査開始位置152から走査終了位置154まで走査シーケンス150が制御システム128により実行されることにより、基板104上のイオン注入領域(例えば基板104の全域、または、基板104の周縁部を除く領域)の全体またはその一部へのイオンビーム照射が完了する。一実施例においては、制御システム128は、基板104上のイオン注入領域の輪郭または境界の内側をイオンビーム照射領域が占めるように設定された例えば蛇行状の走査シーケンス150を実行してもよい。走査シーケンス150の実行中、イオンビーム102はビームモニタ106により継続してまたは間欠的にモニタされることが好ましい。
The scanning sequence 150 starts from the scanning start position 152 and ends at the scanning end position 154. By executing the scan sequence 150 from the scan start position 152 to the scan end position 154 by the control system 128, an ion implantation region on the substrate 104 (for example, the entire region of the substrate 104 or the region excluding the peripheral portion of the substrate 104). The ion beam irradiation to the whole or a part thereof is completed. In one embodiment, the control system 128 may execute, for example, a serpentine scan sequence 150 that is configured such that the ion beam irradiation region occupies the contour or boundary of the ion implantation region on the substrate 104. During execution of the scanning sequence 150, the ion beam 102 is preferably monitored continuously or intermittently by the beam monitor 106.
走査シーケンス150は典型的には、第1方向への少なくとも1回の走査移動とその垂直方向である第2方向への少なくとも1回の走査移動とを含む。通常は図示されるように、走査シーケンス150は、第1方向への複数回の走査移動と第2方向への複数回の走査移動とを含み、第1方向への走査移動と第2方向への走査移動とを交互に含む。その結果として、走査開始位置152から走査終了位置154へと蛇行状の走査経路となる。ハイブリッドスキャンの場合、第1方向のビームスキャンと第2方向のメカニカルスキャンとが交互に繰り返されることになる。
The scan sequence 150 typically includes at least one scan movement in a first direction and at least one scan movement in a second direction, which is perpendicular to the first scan movement. Normally, as shown in the drawing, the scanning sequence 150 includes a plurality of scanning movements in the first direction and a plurality of scanning movements in the second direction, and the scanning movement in the first direction and the second direction. Alternate scanning movement. As a result, a meandering scanning path from the scanning start position 152 to the scanning end position 154 results. In the case of the hybrid scan, the beam scan in the first direction and the mechanical scan in the second direction are alternately repeated.
一実施例においては、制御システム128は、イオンビーム102のビームスキャンによる走査範囲を基板104のメカニカルスキャン中に変更してもよい。すなわち、あるビームスキャンによる走査範囲と、それに続くメカニカルスキャンを経た次回のビームスキャンによる走査範囲と、を異ならせてもよい。各回のビームスキャンの走査範囲は例えば、基板104上のイオン注入領域の走査方向の幅に基づいて設定されてもよい。このようにして決められた走査シーケンス150の一例が図12に示されている。また、制御の簡単のために、ビームスキャンの走査範囲は、基板104上のイオン注入領域の走査方向の最大幅(例えば円形基板の場合、直径)に基づいて固定値に設定されてもよい。
In one embodiment, the control system 128 may change the scan range due to the beam scan of the ion beam 102 during the mechanical scan of the substrate 104. That is, the scanning range by a certain beam scan may be different from the scanning range by the next beam scan after the subsequent mechanical scan. For example, the scanning range of each beam scan may be set based on the width of the ion implantation region on the substrate 104 in the scanning direction. An example of the scanning sequence 150 determined in this way is shown in FIG. In addition, for easy control, the scanning range of the beam scan may be set to a fixed value based on the maximum width in the scanning direction of the ion implantation region on the substrate 104 (for example, the diameter in the case of a circular substrate).
図12には比較のために、典型的なイオン注入処理におけるイオンビームの照射領域160を示す。照射領域160は矩形領域となる。図示されるように、基板104に比べて(すなわち走査シーケンス150の占める領域に比べて)、かなり広い範囲にわたってイオンビームが照射されることがわかる。基板104の外側は、イオン注入という本来の目的からすればイオンビームを照射する必要のない区域である。典型的な構成においてこうした区域にも照射されるのは、毎回のビームスキャンでファラデーカップによりビーム電流を計測するために、ビームスキャン長さがファラデーカップの配置に制約され固定されているからである。
For comparison, FIG. 12 shows an ion beam irradiation region 160 in a typical ion implantation process. The irradiation area 160 is a rectangular area. As shown in the drawing, it is understood that the ion beam is irradiated over a considerably wide range as compared with the substrate 104 (that is, compared with the region occupied by the scanning sequence 150). The outside of the substrate 104 is an area that does not need to be irradiated with an ion beam for the original purpose of ion implantation. In a typical configuration, these areas are also irradiated because the beam scan length is constrained and fixed by the Faraday cup placement in order to measure the beam current with the Faraday cup in each beam scan. .
よって、第2実施形態に係る走査シーケンス150によれば、必ずしもイオン注入を要しない領域を最小化することができる。好ましくは、イオンビームの照射領域をイオン注入領域に一致させることができる。走査シーケンス150の総走査距離を短くすることができるので、イオン注入処理のスループットを改善することができる。イオン注入不要領域への照射が最小化され、イオン材料の消費も抑制される。
Therefore, according to the scanning sequence 150 according to the second embodiment, a region that does not necessarily require ion implantation can be minimized. Preferably, the ion beam irradiation region can be made to coincide with the ion implantation region. Since the total scanning distance of the scanning sequence 150 can be shortened, the throughput of the ion implantation process can be improved. Irradiation to the ion implantation unnecessary region is minimized and consumption of the ion material is also suppressed.
走査シーケンス150は、イオンビーム検出器122をイオンビーム102が経由する第1走査と、イオンビーム検出器122を経由せずにイオンビーム102が基板104を走査する第2走査と、を含んでもよい。図12においては第1走査の例を破線で示し、第2走査の例を実線で示す。第1走査はビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。第2走査もまた上述のように、ビームスキャン及びメカニカルスキャンの少なくとも一方、またはそれら両方を含んでもよい。
The scan sequence 150 may include a first scan in which the ion beam 102 passes through the ion beam detector 122 and a second scan in which the ion beam 102 scans the substrate 104 without passing through the ion beam detector 122. . In FIG. 12, an example of the first scan is indicated by a broken line, and an example of the second scan is indicated by a solid line. The first scan may include at least one of a beam scan and a mechanical scan, or both. The second scan may also include at least one of a beam scan and a mechanical scan, or both, as described above.
そのために、走査シーケンス150は例えば、イオンビーム検出器122を走査範囲に含む相対的に長距離のビームスキャン156と、イオンビーム検出器122を走査範囲に含まない相対的に短距離のビームスキャン158と、を含んでもよい。長いビームスキャン156は、基板104上のイオン注入領域とイオンビーム検出器122とを走査範囲に含むよう走査距離が定められ、短いビームスキャン158は、基板104上のイオン注入領域のみを走査範囲に含むよう走査距離が定められてもよい。走査シーケンス150は、長いビームスキャン156を少なくとも1回含むようにしてもよい。このようにすれば、ビームモニタ106とイオンビーム検出器122とを併用してイオンビーム102を監視しながらイオン注入処理を行うことができる。
Therefore, the scanning sequence 150 includes, for example, a relatively long-distance beam scan 156 that includes the ion beam detector 122 in the scanning range, and a relatively short-distance beam scan 158 that does not include the ion beam detector 122 in the scanning range. And may be included. The long beam scan 156 has a scanning distance determined to include the ion implantation region on the substrate 104 and the ion beam detector 122 in the scanning range, and the short beam scan 158 has only the ion implantation region on the substrate 104 in the scanning range. The scanning distance may be determined so as to include it. The scanning sequence 150 may include a long beam scan 156 at least once. In this way, the ion implantation process can be performed while monitoring the ion beam 102 by using the beam monitor 106 and the ion beam detector 122 together.
なお、他の一実施例においては、走査シーケンス150と同様にして、制御システム128は、リボン状のイオンビームのビーム幅を、基板に照射される位置に応じて変化させてもよい。
In another embodiment, similarly to the scanning sequence 150, the control system 128 may change the beam width of the ribbon-like ion beam according to the position where the substrate is irradiated.
更なる一実施例においては、制御システム128は、イオンビーム102と基板104との相対位置情報とビームモニタ106の出力とに基づいてイオンビーム102の強度に変動が生じた位置を特定してもよい。制御システム128は、ある時点におけるビームスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたビームスキャン位置を特定してもよい。制御システム128は、ある時点におけるメカニカルスキャン位置情報とその時点のビームモニタ出力とを関連付けることにより、そのビームモニタ出力が得られたメカニカルスキャン位置を特定してもよい。こうして得られたビームスキャン位置情報とメカニカルスキャン位置情報とを総合することにより、制御システム128は、ビームモニタ出力に対応する基板104上のイオンビーム照射位置を特定してもよい。このようにすれば、イオンビーム102に変動が生じたイオンビーム照射位置を求めることができる。
In a further embodiment, the control system 128 may determine the position where the intensity of the ion beam 102 has changed based on the relative position information between the ion beam 102 and the substrate 104 and the output of the beam monitor 106. Good. The control system 128 may identify the beam scan position from which the beam monitor output is obtained by associating the beam scan position information at a certain point of time with the beam monitor output at that point of time. The control system 128 may identify the mechanical scan position from which the beam monitor output is obtained by associating the mechanical scan position information at a certain point of time with the beam monitor output at that point of time. By integrating the beam scan position information and the mechanical scan position information obtained in this way, the control system 128 may specify the ion beam irradiation position on the substrate 104 corresponding to the beam monitor output. In this way, the ion beam irradiation position where the ion beam 102 has changed can be obtained.
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.
イオンビーム計測装置10に関連する光学素子は、例えばイオンビームに含まれるイオンや、イオンビームが照射された物質からのアウトガス等の汚染粒子によって汚染され得る。汚染により光学素子の例えば透過率または反射率等の光学特性が劣化して、計測に影響を与えることもあり得る。
The optical element related to the ion beam measurement apparatus 10 may be contaminated by contaminant particles such as ions contained in the ion beam and outgas from a substance irradiated with the ion beam. Contamination may deteriorate the optical characteristics of the optical element, such as transmittance or reflectance, and affect measurement.
そこで、イオンビーム計測装置10は、光学素子を汚染から保護するための保護手段を備えてもよい。保護手段は、汚染粒子に電気的な斥力を作用させ、保護されるべき光学素子への汚染粒子の接近を妨げるよう構成されていてもよい。また、保護手段は、汚染粒子に電気的な引力を作用させることにより汚染粒子を吸着するよう構成されていてもよい。保護手段は、保護されるべき光学素子の近傍に配設された物理的な障壁を含んでもよい。
Therefore, the ion beam measurement apparatus 10 may include a protection unit for protecting the optical element from contamination. The protection means may be configured to exert an electrical repulsive force on the contaminating particles and prevent access of the contaminating particles to the optical element to be protected. Further, the protection means may be configured to adsorb the contaminant particles by applying an electrical attractive force to the contaminant particles. The protection means may include a physical barrier disposed in the vicinity of the optical element to be protected.
図13は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置10に関連する光学素子のための保護装置70の一例を示す図である。ここでは、保護されるべき光学素子の例として第1折り曲げミラー36を挙げる。保護装置70は、第1折り曲げミラー36に電位を与えるためのバイアス電源72を備える。第1折り曲げミラー36に与えられる電位は、第1折り曲げミラー36の周囲の汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定される。例えば、第1折り曲げミラー36への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源72は第1折り曲げミラー36に正の電位を与える。こうして、第1折り曲げミラー36に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の接近が妨げられ、第1折り曲げミラー36への汚染粒子の付着が抑制される。ミラー表面の反射率の低下を抑えることができる。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a protection device 70 for an optical element related to the ion beam measurement apparatus 10 according to an embodiment. Here, the 1st bending mirror 36 is mentioned as an example of the optical element which should be protected. The protection device 70 includes a bias power source 72 for applying a potential to the first bending mirror 36. The potential applied to the first folding mirror 36 is set so that an electrical repulsive force acts on the contaminant particles around the first folding mirror 36. For example, the bias power supply 72 applies a positive potential to the first folding mirror 36 in order to prevent access of positive ions to the first folding mirror 36. In this way, the approach of contaminating particles having the same electric charge as the potential applied to the first folding mirror 36 is prevented, and the adhesion of the contaminating particles to the first folding mirror 36 is suppressed. A decrease in reflectivity on the mirror surface can be suppressed.
保護装置70は、第1折り曲げミラー36を囲む筒状部材74を備える。筒状部材74は、第1折り曲げミラー36を経由する測定ビーム12の経路に沿って設けられている。第1折り曲げミラー36は測定ビーム12を垂直に曲げる光学素子であるため、筒状部材74も同様に垂直な折り曲げ部分を有する管路として形成されている。その折り曲げ部分に第1折り曲げミラー36が収容されている。このようにして、筒状部材74は、第1折り曲げミラー36の近傍領域を画定する。筒状部材74は、第1折り曲げミラー36の近傍に配設された汚染粒子に対する物理的な障壁であるとみなすこともできる。
The protection device 70 includes a cylindrical member 74 that surrounds the first bending mirror 36. The cylindrical member 74 is provided along the path of the measurement beam 12 passing through the first bending mirror 36. Since the first bending mirror 36 is an optical element that bends the measurement beam 12 vertically, the cylindrical member 74 is similarly formed as a pipe line having a vertical bent portion. A first folding mirror 36 is accommodated in the bent portion. In this way, the cylindrical member 74 defines a region near the first folding mirror 36. The cylindrical member 74 can also be regarded as a physical barrier against contaminating particles disposed in the vicinity of the first folding mirror 36.
筒状部材74は、第1折り曲げミラー36への測定ビーム12の入射のための入口部分76と、第1折り曲げミラー36からの測定ビーム12の出射のための出口部分78と、を備える。入口部分76及び出口部分78は、測定ビーム12に対する透過性を有するよう構成される。例えば、入口部分76及び出口部分78は、物理的に開放されていてもよいし、測定ビーム12に対し透過性を有する透明部材によって閉じられていてもよい。以下では説明の便宜上、入口部分76及び出口部分78を透過部分76と総称することがある。筒状部材74は、少なくとも1つの透過部分76を備える。
The cylindrical member 74 includes an entrance portion 76 for entering the measurement beam 12 to the first folding mirror 36 and an exit portion 78 for emitting the measurement beam 12 from the first folding mirror 36. The inlet portion 76 and the outlet portion 78 are configured to be transmissive to the measurement beam 12. For example, the inlet portion 76 and the outlet portion 78 may be physically open or may be closed by a transparent member that is transparent to the measurement beam 12. Hereinafter, for convenience of explanation, the inlet portion 76 and the outlet portion 78 may be collectively referred to as a transmissive portion 76. The tubular member 74 includes at least one transmissive portion 76.
保護装置70は、筒状部材74の内部への汚染粒子の進入を妨げるための保護部材80と、保護部材80に電位を与えるためのバイアス電源82と、を備える。保護部材80は、透過部分76(例えば、入口部分76、出口部分78、又は入口部分76及び出口部分78の両方)に設けられている。保護部材80は、透過部分76において測定ビーム12に交わる断面の少なくとも一部を占有する。保護部材80を支持するための支持部材として筒状部材74が設けられている。
The protection device 70 includes a protection member 80 for preventing contamination particles from entering the inside of the cylindrical member 74, and a bias power source 82 for applying a potential to the protection member 80. The protective member 80 is provided on the transmissive portion 76 (eg, the inlet portion 76, the outlet portion 78, or both the inlet portion 76 and the outlet portion 78). The protection member 80 occupies at least a part of a cross section that intersects the measurement beam 12 in the transmission portion 76. A cylindrical member 74 is provided as a support member for supporting the protection member 80.
保護部材80は例えば、透過部分76に設けられた金網である。代案として、保護部材80は、透明導電膜を備える透明部材であってもよい。保護部材80の金網または透明導電膜にバイアス電源82は電位を与えるよう接続されている。
The protection member 80 is, for example, a wire mesh provided in the transmission portion 76. As an alternative, the protective member 80 may be a transparent member including a transparent conductive film. A bias power source 82 is connected to the metal mesh or the transparent conductive film of the protective member 80 so as to apply a potential.
バイアス電源82により保護部材80に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材80へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源82は保護部材80に負の電位を与える。こうして、保護部材80に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材80に吸着され、筒状部材74への汚染粒子の進入及び第1折り曲げミラー36への汚染粒子の付着が抑制される。
The potential applied to the protective member 80 by the bias power source 82 is set so that an electrical attractive force acts on the contaminating particles. For example, the bias power supply 82 applies a negative potential to the protective member 80 in order to attract positive ions to the protective member 80. Thus, the contaminating particles having a charge opposite to the potential applied to the protective member 80 are adsorbed by the protective member 80, and the contaminant particles enter the cylindrical member 74 and adhere to the first bending mirror 36. It is suppressed.
代案として、バイアス電源82により保護部材80に与えられる電位は、保護部材80に向けて接近する汚染粒子に電気的な斥力を作用させるよう設定されてもよい。例えば、保護部材80への陽イオンの接近を妨げるために、バイアス電源82は保護部材80に正の電位を与える。こうして、保護部材80に与えられた電位と共通の電荷をもつ汚染粒子の保護部材80への接近が妨げられ、筒状部材74への汚染粒子の進入及び第1折り曲げミラー36への汚染粒子の付着が抑制される。
As an alternative, the potential applied to the protective member 80 by the bias power source 82 may be set to cause an electrical repulsive force to act on contaminant particles approaching the protective member 80. For example, the bias power supply 82 applies a positive potential to the protective member 80 in order to prevent the cations from approaching the protective member 80. In this way, the contamination particles having the same electric potential as the potential applied to the protection member 80 are prevented from approaching the protection member 80, so that the contamination particles enter the cylindrical member 74 and the contamination particles enter the first folding mirror 36. Adhesion is suppressed.
図14は、一実施形態に係るイオンビーム計測装置10に関連する光学素子のための保護装置70の他の一例を示す図である。保護されるべき光学素子の例として、図13に示す例と同様に、第1折り曲げミラー36を挙げる。保護装置70は、筒状部材74の中に少なくとも1つの保護部材80を備える。
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of the protection device 70 for the optical element related to the ion beam measurement apparatus 10 according to the embodiment. As an example of the optical element to be protected, the first bending mirror 36 is given as in the example shown in FIG. The protection device 70 includes at least one protection member 80 in the cylindrical member 74.
保護部材80は、第1折り曲げミラー36の近傍に設けられた金属板である。保護部材80は、測定ビーム12の経路から外れた場所に設けられている。図示の例では2つの保護部材80が設けられており、1つの保護部材80が入口部分76から第1折り曲げミラー36に向けて延在しており、もう1つの保護部材80が出口部分78から第1折り曲げミラー36に向けて延在している。
The protection member 80 is a metal plate provided in the vicinity of the first bending mirror 36. The protection member 80 is provided at a location off the path of the measurement beam 12. In the illustrated example, two protection members 80 are provided, one protection member 80 extends from the entrance portion 76 toward the first folding mirror 36, and another protection member 80 extends from the exit portion 78. It extends toward the first folding mirror 36.
バイアス電源82により保護部材80に与えられる電位は、汚染粒子に電気的な引力を作用させるよう設定される。例えば、保護部材80へと陽イオンを引きつけるために、バイアス電源82は保護部材80に負の電位を与える。こうして、保護部材80に与えられた電位とは反対の電荷をもつ汚染粒子が保護部材80に吸着される。保護部材80によって、筒状部材74に進入した汚染粒子の第1折り曲げミラー36への付着が抑制される。
The potential applied to the protective member 80 by the bias power source 82 is set so that an electrical attractive force acts on the contaminating particles. For example, the bias power supply 82 applies a negative potential to the protective member 80 in order to attract positive ions to the protective member 80. In this way, contaminant particles having a charge opposite to the potential applied to the protection member 80 are adsorbed by the protection member 80. The protective member 80 suppresses the contamination particles that have entered the cylindrical member 74 from adhering to the first folding mirror 36.
保護装置70は、電気的に中性の汚染粒子をイオン化するためのイオン化機構84を備えてもよい。イオン化機構84は例えば、ガスをイオン化するための、フィラメントを有する公知のイオン化機構である。イオン化機構84は、筒状部材74の入口部分76または出口部分78に近接して設けられている。電気的に中性の汚染粒子をイオン化機構84によりイオン化することにより、そうした中性の汚染粒子にも保護部材80の電気的な引力または斥力を作用させることができる。
The protective device 70 may include an ionization mechanism 84 for ionizing electrically neutral contaminant particles. The ionization mechanism 84 is, for example, a known ionization mechanism having a filament for ionizing a gas. The ionization mechanism 84 is provided in the vicinity of the inlet portion 76 or the outlet portion 78 of the cylindrical member 74. By electrically ionizing electrically neutral contaminant particles by the ionization mechanism 84, the electrical attractive force or repulsive force of the protective member 80 can be applied to such neutral contaminant particles.
保護装置70が、バイアス電源72、筒状部材74、及び保護部材80を備えることにより、第1折り曲げミラー36を汚染から良好に保護することができる。一方、保護装置70の構成をより簡素にすることが望まれる場合には、保護装置70は、バイアス電源72、筒状部材74、及び保護部材80のうちいずれかを備えなくてもよい。例えば、保護装置70がバイアス電源72を備える場合には、保護装置70は、筒状部材74及び保護部材80を必ずしも備えなくてもよい。また、保護装置70が筒状部材74を備える場合には、保護装置70は、バイアス電源72または保護部材80のいずれかを必ずしも備えなくてもよい。
Since the protection device 70 includes the bias power source 72, the cylindrical member 74, and the protection member 80, the first folding mirror 36 can be well protected from contamination. On the other hand, when it is desired to further simplify the configuration of the protection device 70, the protection device 70 may not include any one of the bias power source 72, the cylindrical member 74, and the protection member 80. For example, when the protection device 70 includes the bias power source 72, the protection device 70 does not necessarily include the cylindrical member 74 and the protection member 80. When the protection device 70 includes the cylindrical member 74, the protection device 70 does not necessarily include either the bias power source 72 or the protection member 80.
保護装置70によって保護されるべき光学素子は、図13及び図14に例示した第1折り曲げミラー36には限られない。保護装置70は、同様にして、測定ビーム12または参照ビーム30のための任意の光学素子を保護してもよい。保護されるべき光学素子は、測定ビーム12をイオンビーム14に照射するための照射室18に設けられている任意の光学素子であってもよい。あるいは、イオンビーム14の経路の近傍に設けられている任意の光学素子であってもよい。
The optical element to be protected by the protection device 70 is not limited to the first bending mirror 36 illustrated in FIGS. 13 and 14. The protective device 70 may similarly protect any optical element for the measurement beam 12 or the reference beam 30. The optical element to be protected may be any optical element provided in the irradiation chamber 18 for irradiating the ion beam 14 with the measurement beam 12. Alternatively, any optical element provided in the vicinity of the path of the ion beam 14 may be used.
よって、保護装置70は例えば、ビームスプリッタ32、第1折り曲げミラー36、第2折り曲げミラー38、第3折り曲げミラー40の少なくとも1つを保護してもよい。測定ビーム12または参照ビーム30のための光学系がレンズを含む場合には、保護装置70は当該レンズを保護してもよい。また、保護装置70は、照射室18の壁面に設けられている窓部を保護してもよい。窓部は、測定ビーム12または参照ビーム30を照射室18の外部から内部へと入射させるための窓であってもよいし、測定ビーム12または参照ビーム30を照射室18の内部から外部へと出射させるための窓であってもよい。窓部は、外部から照射室18の内部を観察するための窓であってもよい。
Therefore, the protection device 70 may protect at least one of the beam splitter 32, the first folding mirror 36, the second folding mirror 38, and the third folding mirror 40, for example. When the optical system for the measurement beam 12 or the reference beam 30 includes a lens, the protection device 70 may protect the lens. Further, the protection device 70 may protect the window provided on the wall surface of the irradiation chamber 18. The window portion may be a window for allowing the measurement beam 12 or the reference beam 30 to enter the irradiation chamber 18 from the outside to the inside, or the measurement beam 12 or the reference beam 30 from the inside of the irradiation chamber 18 to the outside. It may be a window for emitting light. The window part may be a window for observing the inside of the irradiation chamber 18 from the outside.
本発明の一実施形態に係るイオンビーム計測装置を備える粒子線治療装置が提供されてもよい。この粒子線治療装置は、イオンビームの照射を受ける被照射体を収容するための治療室、または、被照射体をイオンビームに対し支持するための支持台を備えてもよい。粒子線治療装置は、被照射体へのイオンビームの照射処理を制御するための制御システムを備えてもよい。照射処理は、被照射体に対するイオンビームの照射を(または照射位置を)制御することを含んでもよい。粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームをイオンビームに照射し、イオンビームに照射された測定ビームを検出することにより、イオンビームに関連する出力を制御システムに提供するビームモニタを備えてもよい。一実施例においては粒子線治療装置は陽子線治療装置であり、イオンビームは陽子線ビームであってもよい。
A particle beam therapy apparatus including an ion beam measurement apparatus according to an embodiment of the present invention may be provided. The particle beam therapy system may include a treatment room for accommodating an irradiation object to be irradiated with an ion beam, or a support base for supporting the irradiation object with respect to the ion beam. The particle beam therapy apparatus may include a control system for controlling the irradiation process of the ion beam to the irradiation object. The irradiation process may include controlling ion beam irradiation (or irradiation position) on the irradiation object. The particle beam therapy system irradiates the ion beam with a measurement beam that interacts with the ion beam, and detects the measurement beam irradiated to the ion beam, thereby providing an output related to the ion beam to the control system. A beam monitor may be provided. In one embodiment, the particle beam therapy device may be a proton beam therapy device and the ion beam may be a proton beam.
また、本発明の一実施形態に係る粒子線治療装置は、イオンビームとの間に相互作用を生じる測定ビームを発するための測定ビーム源と、測定ビーム源から発せられイオンビームに照射された測定ビームを検出するための測定ビーム検出器と、を備えるイオンビーム計測装置を備えてもよい。上述のイオンビーム計測装置10及びイオン注入装置100に関連して述べた各種の実施例及び変形例は、粒子線治療装置のためのイオンビーム計測装置、及び粒子線治療装置に適用してもよい。その場合、「被処理物」は「被照射体」と読み替えればよい。
In addition, a particle beam therapy system according to an embodiment of the present invention includes a measurement beam source for emitting a measurement beam that generates an interaction with an ion beam, and a measurement emitted from the measurement beam source and applied to the ion beam. An ion beam measurement device including a measurement beam detector for detecting a beam may be provided. Various embodiments and modifications described in relation to the ion beam measurement apparatus 10 and the ion implantation apparatus 100 described above may be applied to an ion beam measurement apparatus and a particle beam therapy apparatus for a particle beam therapy apparatus. . In that case, “object to be processed” may be read as “object to be irradiated”.